Жидкие мембраны

В мембранах, получивших название жидких, основное сопротивле­ние

переносу вещества связано с диффузией этого вещества через жидкую пленку, сформированную следующими способами:

1) тонкую жидкую пленку располагают свободно либо заклю­чают в отверстиях стенки или сетки сепараторов, отделяющих две жидкости, подлежащие разделению;

2) тонкий слой жидкости (или пленку) заключают между двумя параллельными полимерными пленками;

3) создают жидкую пленку, связанную с материалом подложки и перекрывающую ее поры;

4) «мембранная» жидкость охватывает капли жидкости (дисперсная фаза), распределенные в другой жидкости (сплошная, или дисперсионная фаза), т.е. система представляет собой эмульсию.

Поверхность жидких мембран, полученных первыми двумя спо­собами, сравнительно невелика ( м² в 1 м³ объема аппарата). Наибольшая поверхность жидких мембран (порядка нескольких тысяч квадратных метров в 1 м³ объема аппарата) достигается при четвертом способе. Поэтому для промышленной реализации наи­более перспективны жидкие мембраны в эмульсионной системе. Применение жидких мембран может быть эффективным при разде­лении как водных, так и неводных систем. Широко исследуется их применение для выделения из растворов ионов тяжелых металлов, фенола, аммиака и других соединений.

Вещество, проходящее через жидкую мембрану, растворяется в ней, в растворенном состоянии диффундирует через мембрану и затем переходит в другую жидкую фазу. Чем тоньше мембрана, тем быстрее протекает перенос вещества.

На практике часто сталкиваются с необходимостью образования эмульсии со следующим чередованием фаз: вода – масло – вода. Для стабилизации этой системы применяют поверхностно-активные ве­щества-эмульгаторы, в частности, эмульгаторы неионогенного характера. Снижение поверхностного натяжения между двумя несмешивающимися жидкостями благоприятствует образованию эмульсии. Эмульгаторы должны взаимодействовать как с водой, так и с маслом, т. е. они должны представлять собой амфотерные молекулы, одна часть которых имеет полярную структуру (гидро­фильная часть), а другая неполярную (гидрофобная часть). Гидро­фильная часть молекул эмульгатора находится в воде, а гидрофоб­ная—в масле. При механической обработке системы, например при перемешивании, фаза с более высоким поверхностным натяжением переходит в дисперсное состояние, а фаза с меньшим поверхност­ным натяжением остается сплошной.

Процесс разделения с помощью жидких мембран может быть осуществлен в аппаратах для проведения жидкостной экстракции, например в распылительной колонне или в роторно-дисковом экстракторе. Разрушение эмульсии после завершения процесса раз­деления с целью выделения из внутренней (дисперсной) фазы перенесенного вещества может быть осуществлено термическим или электростатическим методом.