乳化液膜

【英文名稱】emulsified liquid membrane

乳化液膜分離技術有萃取和滲透的優點，將萃取和反萃取兩個步驟結合在一起。乳化液膜分離技術具有的傳質效率高、選擇性好、節約能源的特點已經使之成為分離、純化和濃縮溶質的重要手段。

乳狀液膜體系是一個三相系統。由其中的兩相構成乳化液，然後分散在另一連續相中，該體系通常被稱為多重乳液。多重乳化液可分為W/O/W（油膜）和O/W/O（水膜）兩種。當處理水溶液用油膜，當處理有機溶液時用水膜。油膜是由有機碳氫化合物、表面活性劑、添加劑等構成與水不相混溶的液相，充分乳化后製成油包水型W/O乳液，再將其分散於水溶液中，形成水包油包水型O/W/O多相乳液。

此類乳化液膜主要從水相中分離金屬離子、有機物及無極陰離子，含有流動載體的液膜選擇性高，並能反濃度梯度遷移，故適於從複雜體系中提取所需成分。

水膜是由水、表面活性劑、添加劑等構成與油不相混的液相，充分乳化后製成水包油型O/W乳液，再將其分散於需處理的有機溶液中，形成油包水包油型W/O/W多相乳液。

此類乳化液膜適用於分離有機化合物的混合物。當含有增溶劑時能分離物理性質和化學性質很相近的有機組分。其單位何種中膜的表面積非常之大，溶液組分的透過速度相當快。

如果兩個水相或兩個油的相性質不同，可以寫成W1/O/W2和O1/W/O2。

首先，在高轉速 (8000-10000 rpm) 下進行攪拌產生足夠的剪切力形成兩相乳液，使內相溶液以微滴 (滴徑為1-100 µm) 的形式分散到膜相中，形成乳化液 (此過程稱為“制乳”) 。

然後，在較低轉速 (300-500 rpm) 下將製得的乳化液以液滴 (滴徑為0.5-5 mm) 的形式分散到外相溶液中，這樣就形成了乳化液膜體系。

制乳時通常還要加入表面活性劑，以提高乳化液膜體系的穩定性。同時如果需要提高被分離物質通過液膜的遷移速率和加強分離效果，就要在液膜中加入有特定選擇性的流動載體以及在內相或外相中加入能與被分離物質發生反應的試劑。為了提高膜的穩定性或增加液膜的粘度，還可以在膜相中加入少量液膜穩定劑或增稠劑，如聚丁二烯或液體石蠟等。若要形成油包水型乳化液膜，應選用表面活性劑的親水親油平衡值（HLB）為3～6，水包油型乳化液膜表面活性劑的HLB則為8～18。

乳化液膜按分離機理可以分為非流動載體(Ⅰ型促進遷移)、流動載體(Ⅱ促進遷移機理)和選擇性滲透。

非流動載體液膜(Ⅰ型促進遷移)傳質機理

Ⅰ型促進遷移的傳質實際上是分子擴散，因而膜分離的選擇性主要取決於溶質在液膜中的溶解度。溶解度相差越大產生的選擇性就越好，即混合物中的一種溶質的滲透速率要比其他溶質要高。滲透速度是擴散係數和分配係數的乘積，由於在一定的膜溶劑中不同溶質的擴散係數很接近，所以分配係數的差別就成為設計無載體液膜選擇性的關鍵。使用無載體液膜進行分離時，當膜兩側被遷移的溶質濃度相等時，運輸過程就會停止，因此不能產生濃縮效應。

為了促進分離，提分離率，可採用在內相發生化學反應的方法來促進遷移。它是通過在乳狀液膜的內相封閉相中發生一個或多個選擇性不可逆的反應，使特定的遷移溶質或離子與封閉相中物質反應生成一種不能逆擴散穿過膜的新的產物。從而維持遷移組分在膜相兩側具有最大的濃度差，以促進遷移。

含流動載體液膜(Ⅱ型促進遷移) 傳質機理

含流動載體液膜的選擇性主要取決於加入的流動載體。如果載體能夠單一的同混合物的一種溶質或離子發生反應，就可以單一得提取某一種離子或化合物。流動載體除了能提高選擇性的同時還能增大溶質通過量，它實際上是流動載體在膜內外兩個界面間來回穿梭，以達到運輸被遷移的組分的目的，極大地提高了滲透溶質在液膜中的有效溶解度，增大了膜內濃度梯度，提高了輸送能力。液膜能夠進行化學仿生的原因，就在於含有流動載體的液膜在選擇性、滲透性、定向性等方面都具有類似生物細胞膜的功能。因而液膜分離能夠將濃縮和分離兩步合一同時進行，這是分離科學中的一個重要突破。定向性就是在能量泵的作用下，滲透溶質從低濃度區香高濃度區持續遷移，也就是說可以沿著反濃度方向遷移，直到溶質完全輸送為止。這種機理也叫載體中介輸送。

對於含有流動載體的傳遞過程，由於載體分為離子型和非離子型載體兩類，因此有載體的液膜分離機理也可以分為兩種：

A．同向遷移，它是指液膜中的載體是非離子型載體時，由於與該載體能夠發生絡合的是中性鹽，即它與陽離子絡合的同時，又與陰離子絡合形成離子對，從而一起遷移，而不需要內相溶液中的離子遷移到外相溶液中。這就是所謂的離子對遷移，這種遷移稱為同向遷移，它與生物膜的同向遷移相類似。

B．逆向遷移，它是指液膜中含有離子型載體時溶質的遷移過程。載體在膜內的外側與待分離的溶質離子相結合，生成的絡合物在膜中擴散，當擴散到膜的另一側時與同性離子進行交換。由於膜兩側需要呈電中性，在某一方向一種陽離子穿過膜，必須由相反方向的另一種陽離子穿過來使電荷達到平衡，所以待分離溶質與作為交換的離子的遷移方向相反。

乳化液膜存在的主要問題是要找到既容易形成穩定的乳化液膜，又容易破乳，而且使用壽命長的表面活性劑。