Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
VI.4.4.3. Выбор органического растворителя
При выборе органического растворителя для импрегнированных жидких мембран (ИЖМ) необходимо придерживаться некоторых основных требований. При работе с водными системами как растворимость в водной фазе, так и летучесть органического компонента должны
Таблица VI-16. Вязкости некоторых растворителей, используемых для приготовления жидких мембран, при 25°С [48]
Растворитель Вязкость, г/см- с
0-Дихлорбензол 0,013
1-Октанол 0,076
Дибутилфтал ат 0,154
о-Нитрофенил октиловый эфир 0,128
о-Нитрофенилфениловый эфир 0,161
быть очень низкими. Кроме того, органическая жидкость должна быть хорошим растворителем и для переносчика, и для комплекса.
Другим важным фактором является вязкость органической фазы, поскольку во многих случаях наблюдалось резкое увеличение вязкости жидкой фазы. Влияние вязкости на коэффициент диффузии вытекает из уравнения Стокса — Эйнштейна, согласно которому коэффициент диффузии обратно пропорционален вязкости:
°<vi-7?> где т] — вязкость органической фазы. В табл. VI-16 приведены вязкости некоторых органических растворителей, часто использующихся для получения жидких мембран.
При увеличении концентрации переносчика также проявляются два эффекта противоположного действия. С одной стороны, поток будет увеличиваться, поскольку он прямо пропорционален концентрации переносчика; с другой стороны, увеличение концентрации переносчика приводит к увеличению вязкости и, следовательно, к уменьшению коэффициента диффузии и в итоге — к уменьшению потока.
Другой очень серьезной проблемой ИЖМ является нестабильность жидких пленок во времени, что приводит к прекращению процесса из-за потери органической фазы. Здесь, конечно, очень важно, чтобы растворимость органической фазы в воде была максимально низкой, но даже, если растворимость и отвечает этому требованию (или водная фаза насыщена по отношению к органической), процесс все-таки становится неустойчивым по истечении определенного периода времени. Причина такой нестабильности скорее всего заключается в эмульгировании органической фазы [42], как это схематически показано на рис. VI-35. Органическая фаза обнаруживает тенденцию к образованию небольших капель эмульсии при соприкосно-
Жидкая Капли
пленка эмульсии
Рис. VI-35. Схема эмульгирования органической фазы в импрегнирован-ной жидкой мембране [42].
вении раствора, входящего в мембрану, с поверхностью органической фазы. Эмульсионные капли уходят из органической фазы, которая таким образом может быть полностью израсходована. Чтобы получить устойчивую жидкую мембрану на подложке, необходимо подобрать условия, исключающие эмульгирование. Стабильность можно увеличить далее, вызывая гелеобразование жидкой фазы мембраны [42]. В этом случае жидкая пленка приобретает свойства сильно набухшего сшитого полимера (геля), а не жидкости. Несмотря на то что коэффициент диффузии в фазе геля ниже, чем в жидкости, стабильность слоя мембраны будет обеспечена. Гелеобразования жидкого слоя можно добиться введением небольших количеств полимера, способного к гелеобразованию при низких концентрациях. Для этих целей подходят поливинилхлорид, полиакрилонитрил и полиметилметакрилат.
VI.4.4.4. Выбор переносчика
Выбор переносчика является ключевым моментом в облегченном транспорте. При правильном выборе переносчика с высокой специфичностью по отношению к растворенному компоненту можно достичь высоких селективностей, мерой которых является отношение коэффициентов распределения. Действительно, каждый намеченный для выделения компонент требует собственного специфического переносчика, что делает подбор переносчика очень важным, но и очень трудным делом. Много полезной информации можно почерпнуть из сведений, накопленных в области жидкостной экстракции. Рассмотрение всего разнообразия молекул-переносчиков, известных к настоящему времени, выходит за рамки данной книги, поэтому мы ограничимся лишь упоминанием некоторых классов молекул-переносчиков:
Таблица VI-17. Структуры некоторых комплексообразующих агентов С7Н15 C8Hi7
^||-СНз Оксим \ N | N
ОН \ ОН \
ОН ОН
LIX 65N® SME 529®
С*Н17 CioHai
I I
N—CeHi7 N—С10Н21 Третичный амин
I I
CeHir С10Н21
Аламин-ЗЗб®
ОС° °Ю Краун-эфир
Дициклогексан-18-крау н-б
- оксимы;
- амины (в частности третичные);
- краун-эфиры;
- комплексы кобальта.
Структуры некоторых таких молекул-переносчиков представлены в табл. VI-17.
УЦ^.5. Применения
Круг применений жидких мембран чрезвычайно широк и разнообразен [43, 44]: можно отметить такие задачи, как разделение катионов, анионов, газов и органических молекул.
