支撑乳化液膜新体系的构建及其稳定机理研究

传统液膜分离技术可同时实现萃取和反萃取，具有高效、节能、选择性好、操作简单等优点，但其缺点是易发生膜的破裂、再乳化和溶胀等膜不稳定现象，使富集内相泄漏或被稀释，而且乳液与料液直接接触易导致二次污染，同时提取后的液膜破乳困难。支撑乳化液膜使乳化液和料液在固态支撑膜的两侧，以非分散方式进行提取，可克服传统乳化液膜技术的膜破裂、再乳化、溶胀以及二次污染等缺点，但若根据传统配方制备乳化液膜体系，则仍存在提取后乳液破乳困难的问题。如何解决液膜的稳定性和破乳这一对矛盾，是液膜技术走上应用的关键。本项目拟结合支撑乳化液膜非分散提取这一新工艺的特点，构建一种既有高的稳定性又容易通过加热的方式实现破乳的新型乳化液膜体系，利用界面化学实验技术研究新乳化液膜体系的膜性能如膜强度、膜厚度、膜界面粘弹性、膜界面张力及膜界面结构等，弄清液膜稳定机理及其热破乳机理，以解决液膜的稳定性和破乳之间的矛盾。

本课题主要开展了以下两方面的研究：1、构建了稳定性好又易加热破乳的新型乳化液膜体系，研究了液膜体系的稳定机理。（1）以非离子型表面活性剂OP-4[壬基酚聚氧乙烯(4)醚】为乳化剂、D2EHPA[二(2-乙基己基)磷酸】为流动载体、煤油为油连续相，液体石蜡为膜增强剂，盐酸为内水相，构建了一种在常温下具有良好的稳定性、加热至一定温度时则容易破乳的非离子型乳化液膜体系OP-4/D2EHPA/液体石蜡/煤油/盐酸。该液膜体系在温度低于45℃时，稳定性很好，而温度超过50℃后乳液稳定性急剧下降，在60℃加热破乳10 min，破乳率达100％。（2）通过测定乳化液膜体系电导率、破乳率、破损率、溶胀率、乳滴粒径大小等，研究了乳化剂浓度、油内比（油相与内水相体积比）、D2EHPA皂化度、内相盐酸浓度以及温度等因素对乳液稳定性的影响，确定了影响该液膜体系稳定性的四个主要因素及液膜稳定机理：① 界面膜强度。由OP-4与皂化D2EHPA所形成的复合界面膜强度比单一组分形成的界面膜强度大，亲油性也增加，有利于提高液膜的稳定性；② 膜界面流变性。随着温度的升高，由OP-4形成的界面膜的扩张模量和弹性模量增大，说明液膜界面张力的涨落度增大，意味着温度升高，液膜的稳定性降低；③ 氢离子与氧乙烯基的相互作用。内相盐酸溶液中的水化氢离子与表面活性剂OP-4中氧乙烯基(CH2CH2O-)之间形成的氢键对液膜稳定性起很大作用；④ 液滴大小及分散性。体积小而且分散度均匀的液滴有利于液膜体系的稳定。2、研究了中空纤维膜支撑下乳化液膜提取过程中液膜的稳定性及其传质特性。设计了一套支撑乳化液膜提取装置，研究在中空纤维膜支撑下，该乳化液膜体系对铟、镓的提取性能以及乳液在管内不同流速时的乳液稳定性。在中空纤维膜支撑下，该乳化液膜体系的溶胀率几乎为零，所构建的液膜体系用于单一含铟或镓的料液中提取时，铟或镓的提取率达96％以上，用于从实际含铁、锌、铜等杂质的铟浸出液中提取铟时，铟的提取率为80.4%；在杂质铝、锌离子存在下，镓的提取率为79.6%，铟和镓的渗透通量、渗透系数、水相分传质系数Kw均随料液流量的增大而增大。. 项目研究得到的创新性研究成果是：构建了一个稳定性好又易破乳的新型乳化液膜体系；从液膜界面张力的涨落度变化和氢离子与壬基酚聚氧乙烯(4)醚中的氧乙烯基的相互作用阐明了液膜的稳定性。