第1章　绪论

分离科学与技术是化学工程学科的重要分支之一。一大批分离技术在化学工业、石油炼制、矿物资源加工、海洋资源利用和原子能工业、医药工业、食品工业、生物化学工业以及环境工程中得到了广泛的应用。随着现代过程工业的发展，高纯物质的制备，稀溶液、难分离体系和热敏性物质的分离，各类产品的精细加工，资源的综合利用，环境污染的严格治理等，都极大地促进了分离科学和技术的发展。面对新的分离要求，在传统的萃取分离单元操作的基础上，发展形成了一系列新型的萃取分离技术，展现了广阔的应用前景。以“膜萃取”为基础的一类萃取分离技术就是其中的代表。

从一般性定义出发，“膜萃取”中的“界面膜”，既可以是“固膜”，也可以是“液膜”；既可以是“功能膜”，也可以是“介质膜”。按照这样的定义规范，“膜萃取技术”应该包括液膜技术、固定膜界面萃取技术、胶团萃取技术、反胶团萃取技术和微乳液技术。在液膜技术中，膜相一般是由表面活性剂和膜溶剂组成的；在固定膜界面萃取技术中，膜相是微孔膜，属于介质膜；在胶团萃取技术及反胶团萃取技术中，膜相是表面活性剂聚集成的界面膜；在微乳液技术中，膜相则是表面活性剂和助表面活性剂聚集成的界面膜。“膜萃取”中的膜相的构成不同，但在不同的操作中，分离物质大多都会实现“跨膜”的传输过程。因此，可以把这样一类新型分离技术以“膜萃取技术”归结在一起。

液膜技术是快速、高效和节能的新型分离方法，液膜中物质传递的机理与生物膜的分离机理有相似之处。由于液膜技术中引入促进迁移作用，其传质速率明显提高，甚至可以实现溶质从低浓度向高浓度的逆向传递；液膜技术往往使分离过程所需级数明显减少，而且大大节省萃取试剂的消耗量，是同时分离、纯化与浓缩溶质的有效手段。液膜技术的重要特点是萃取过程与反萃取过程同时进行、一步完成。在广泛深入研究的基础上，作为一种新型的分离方法，液膜技术在湿法冶金、石油化工、环境保护、气体分离、生物医学等领域中，显示出了广阔的应用前景。

三十多年来，作为新型分离技术的膜过程发展很快。膜过程相对比较简单，一般在过程中没有相变，可节省能源，为稀溶液、热敏物质和难分离物质的分离提供了有效的方法。值得指出的是，膜过程与常规分离过程的交叉组合，是膜过程发展的一个新的动向。固定膜界面萃取技术是膜过程和液液萃取过程相结合的新型分离技术。固定膜界面萃取的传质过程是在分隔料液相和萃取相的微孔膜表面进行的。这一过程不存在通常萃取过程中液滴的分散和聚并现象，可以减少萃取剂在料液相中的夹带损失，使过程免受“返混”的影响和“液泛”条件的限制。中空纤维膜器的使用又为固定膜界面萃取过程的传质提供了巨大的传质表面积，提高了过程的传质效率。固定膜界面萃取技术提供了从过程耦合出发强化分离的新途径。

胶团是由连续水相中表面活性剂的聚集体组成的。胶团的应用主要表现在通过水相胶团可以实现溶质的缔合和增溶，增加许多难溶于水的化合物的溶解度。与液液萃取相类似，胶团萃取是一种萃取分离技术，溶质在胶团溶液及有机相间实现传递。如果需要将待分离溶质从水溶液中分离出来，则传质过程只能通过以疏水膜为介质的固定膜界面萃取的方式来实现。由于这个原因，胶团萃取在传质分离方面的应用存在局限。以胶团萃取为基础的浊点萃取方法的出现，拓宽了胶团萃取的应用领域。浊点萃取主要利用表面活性剂溶液的增溶和分相，实现溶质的富集和分离。与传统的液液萃取过程相比，浊点萃取无需使用大量的有机溶剂，且易于操作，对环境的影响较小，能够保护被萃物质的原有特性，同时能提供很高的富集率和提取率，是一种环境友好的分离技术。

随着生物工程及生物化工的迅速发展，一些具有生物活性又极具价值的生物物质的分离提纯，是十分关键的。利用常规的萃取技术来分离生物活性物质，往往会带来流程长、易失活、收率低和成本高等缺陷。反胶团萃取技术就是分离生物活性物质的新型萃取分离技术。一般而言，生物活性物质的生理基础是水溶液。在反胶团体系中，“水池”内核的特有性质一般不会造成生物活性物质的失活和变性。研究结果表明，在表面活性剂存在时，蛋白质等生物分子在反胶团有机主体相中增溶的同时，保持了它的功能特性，并能在水溶液和反胶团有机主体相之间迁移。将反胶团用于蛋白质和其它生物分子的分离、提纯和浓缩是一项很有潜力的生物工程技术，有望实现大规模操作。

微乳液是一种介于一般乳状液与胶团溶液之间的液液分散体系，是一种过渡的中间物。微乳液具有许多特点，如很高的稳定性、很大的增溶量、形成超低界面张力等。由乳状液膜技术延伸发展形成的微乳液萃取技术有十分明显的优点。由于微乳液滴的粒径小、表面积大，微乳液传递过程具有更快的速率。微乳液是热力学稳定体系，可以形成稳定的微乳液膜，不会因颗粒聚结而导致相分离。微乳液体系的形成和破乳比较容易，例如，只要调节温度就可以使微乳液形成或破坏。因此，微乳液作为分离介质，有着广泛的应用。另外，在微乳液体系中，微乳液滴为球形，且粒径非常小。在一定的条件下，微乳液滴具有保持稳定小尺寸的特性。稳定的微乳液滴的纳米级微环境，为制备颗粒大小和形状均能精确调控的纳米颗粒提供了新的途径。微乳液技术在材料制备领域有着十分宽广的应用前景。

国民经济的可持续发展和高新技术的影响，对化工分离科学与技术提出了新的挑战，也为新型分离技术的产生和发展提供了良好的机遇。当然，与传统的萃取分离方法相比，以“膜萃取”为基础的一类萃取分离新技术的研究还是一个刚刚开展起来的领域，过程机理有待深入挖掘，研究体系有待不断拓展，技术的推广应用也还相当有限。可以相信，随着相关研究工作的不断深入，以“膜萃取”为基础的一类萃取分离新技术有可能成为分离、提纯及浓缩各类有价物质的重要方法，并广泛应用于实践。