2.2　液膜技术的特征

液膜实际上是用来分隔与其互不相溶的液体的一个中间介质相，它是被分隔的两相液体之间的“传递桥梁”。由于中介相是与被分隔的两相互不相溶的液体，故称作液膜。通常情况下，不同溶质在液膜中具有不同的溶解度（包括物理溶解和化学络合）及扩散速率，液膜对不同溶质的选择性渗透，实现了溶质之间的分离。

十分明显，液膜技术和溶剂萃取过程具有很多的相似之处。从图2-1可以看出，液膜技术与溶剂萃取一样，都是由萃取和反萃取两个步骤构成的。溶剂萃取中的萃取与反萃取是分步进行的，但是，在液膜分离过程中，萃取与反萃取是同时进行、一步完成的。在液膜分离过程中，萃取与反萃取分别发生在液膜的左右两侧界面，溶质从料液相被萃入膜相左侧，并经液膜扩散到膜相右侧，再被反萃进入接收相，实现了同级萃取反萃取的耦合。一般认为，液膜传质的同级萃取反萃取耦合，打破了溶剂萃取固有的平衡条件，是一类具有非平衡特征的传递过程。

图2-1　溶剂萃取与液膜分离

与传统的溶剂萃取过程相比，液膜技术具有如下三个方面的特征。

（1）传质推动力大，所需分离级数少　在液膜分离过程中，萃取与反萃取是同时进行、一步完成的。因此，同级萃取反萃取的平衡条件并非是萃取一侧的固有的平衡条件，而是“液膜界面两侧各相中物质相同形态的化学位相等”的平衡条件。从理论上讲，一级同级萃取反萃取所实现的萃取分离效果是极为可观的。Cussler和Evans[11]利用液膜分离技术提取Cr（Ⅵ），采用胺类络合剂作液膜中的载体，料液水相中的Cr（Ⅵ） 在4min内从100mg/L降至未检出，接收相中Cr（Ⅵ）的浓度从0上升至900mg/L。同级萃取反萃取的优势对于萃取平衡分配系数较低的体系则更为明显。

（2）试剂消耗量少　流动载体（络合萃取剂）在膜的一侧与溶质络合，在膜的另一侧将溶质释放，自身再生并可循环使用，因此，膜相的络合萃取剂浓度并不需要很高，还可以使用一些较为昂贵的高效萃取剂。实验证明，膜相流动载体的浓度与表现出的溶质渗透速率不成比例。Frankenfeld等[12]用LIX64N为载体研究Cu（Ⅱ）的液膜分离时证明，大幅度改变载体浓度对提取率的影响甚小。载体在膜内流动，在传递过程中不断负载、再生，不仅使膜载体的浓度大大降低，而且亦使液膜体系中膜相与料液相的体积比降低。液膜体系中载体浓度和相体积比的降低，使液膜过程中的试剂夹带损失减少，试剂消耗量比溶剂萃取过程低得多。

（3）溶质可以“逆浓度梯度迁移”　液膜技术可以实现溶质从低浓度侧通过液膜向高浓度侧传递，使溶质的迁移分离和浓缩富集同时完成。在液膜技术的实现过程中，溶质可以从低浓度侧通过液膜向高浓度侧传递的原因是，在膜两侧界面上分别存在着有利于溶质传递的化学平衡关系，这两个平衡关系使溶质（或含溶质的络合物）在膜相内顺浓度梯度扩散，界面两侧化学位的差异则使溶质透过液膜界面传递。

应当指出的是，溶剂萃取可以通过分馏萃取操作等实现多组分之间的完全分离，液膜对溶质的分离，则主要依赖于萃取剂的选择性。

高渗透性、高选择性和高稳定性是液膜分离过程应该具备的基本性能。然而，迄今为止开发的大多数液膜分离过程很难同时具备这三种性能，这增加了液膜技术实用化的难度。例如，乳状液膜体系因表面活性剂的引入，使得过程必须由制乳、提取与破乳等工序组成；过程中液膜的泄漏降低了溶质的提取率；由于夹带和渗透压差引起的液膜溶胀，导致了内相中已浓缩溶质的稀释、传质推动力的减小及膜稳定性的下降等。又如，支撑液膜的稳定性问题一直受到关注，膜液在料液相与接收相中的溶解、具有表面活性的载体分子提高了油-水两相间的互溶性、膜两侧压差超过膜孔吸附膜液的毛细管力等，都会造成支撑液膜的膜液流失。

各国研究者们一直在努力探索各种具有潜在工业应用意义的液膜技术，除进行提高液膜稳定性的研究外，还不断探索新的液膜构型。应该说，从液膜技术的研究进展来看，液膜技术的大规模工业应用已经不是很远的事情了。