膜接觸器操作概述
膜接觸器是指用于實現兩相接觸的膜系統.與傳統的作為選擇性分離介質的膜 概念相反的是，膜對各組分不具有任何選擇性，而是僅充當相間的屏障,使各相在 ? 確定的界面上進行接觸[1-9]被膜分開的兩相不發生相互混合和分散，組分僅靠擴 散的方式從一相轉移到另一相.所用膜一般是微孔膜和對稱膜，可以是疏水膜也可 以是親水膜.
以疏水材料為例，膜可以被非極性相所潤濕（如非極性的有機物）或被氣體所 填充，而水相/極性相不能滲透到膜孔內（見圖1.1）.
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由此，可以根據膜孔口的大小來確定接觸面積。為了避免兩相發生混合，必須 嚴格控制操作壓力.首先，水相/極性相的壓力必須等于或者高于潤濕相/填充相的 ? 壓力，這樣就排除了一相以液滴形式分散進入另一相的可能性，并且只要避免水 相/極性相滲透到膜孔內就可以在孔口處建立起相界面。事實上，膜材料的疏水性 并不能保證膜孔不被水相/極性相所潤濕。如果壓力超過臨界壓力值，該壓力一般 ? 稱為穿透壓力，則膜將喪失其疏水性而被水相/有機相所潤濕[10-12]對于特定的膜 材料，其穿透壓力取決于膜孔徑、表面及界面張力、膜與流體之間的接觸角，并可 ? 以根據拉普拉斯（Laplace）方程計算（見第2章）.在圖1. 1和所有其它圖中，為 簡化起見，將對稱膜的膜孔看作是直通孔.實際上，膜孔都是不規則的.這主要與 沿膜厚的曲折度有關.
對于孔徑沿膜厚逐漸減小的不對稱膜，通過在較大膜孔一側施加一個高于臨界 值的壓力，就可以在兩相不分散的情況下實現兩相接觸。事實上，由于穿透壓力與 ? 膜孔徑成反比，因此較大的膜孔會被部分潤濕，而較小的膜孔不被水相/極性相所 潤濕，這樣就在膜孔內建立起了相界面（見圖1.2）
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膜的疏水性也會由于膜與接觸相之間的相互作用而發生改變，從而使膜的結構 及形態發生變化.通過選擇復合膜，可以盡量減少膜結構及形態的變化，復合膜的 ? 微孔表面上涂覆了一層無孔薄層，可以阻止水相/極性相的滲透（見圖1.3)【【[13-17】】]
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無孔薄層的存在使膜所允許的操作壓力范圍變大，但是該薄層必須對被傳遞組 分具有高的滲透性，以使傳質阻力不會增加太多.膜的潤濕有時是部分潤濕，有時則是完全潤濕.對于前一種情況，兩相接觸于 膜孔的某處；而對于完全濕潤的情況，兩相發生了混合，膜接觸器失去了它的功能.當膜材料為親水性時，水相/極性相將膜孔潤濕，而非極性相/氣相固定于膜孔 口處.對于這種情況，界面形成于非極性相/氣相一側的膜孔口處，并且通過在非極性相/氣相一側施加一個等于或大于潤濕相的壓力，就可以避免一相以液滴形式 分散到另一相（見圖1.4）。
與疏水膜類似的是，只要壓力不大于穿透壓力，界面將維持在親水膜的孔 口處.
正如sirkar所報道的[10]可以利用疏水-親水復合膜實現兩液相的接觸，極 ? 性相潤濕膜的親水層，非極性相進入膜的疏水層（見圖1.5）,這樣相界面就位于 材料的疏水-親水界面處，而且只要使兩相中的一相壓力高于另一相壓力并控制其 不超過臨界壓力值，就可以很好地控制相界面.
到目前為止，我們沒有考慮兩相之間發生任何反應.當兩相間的組分發生反應 時，發生反應的位置將會產生一個界面，該界面可能與相界面重合，也可能位于其 ? 中一個相內.表1.1總結了膜接觸器所用膜的主要特征.關于膜材料的更詳細闡述見第 2章.
表1.1膜接觸器所用的膜
| 微孔膜 | 微孔膜 |
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疏水膜 親水膜 對稱膜 |
不對稱膜 復合膜（親水-疏水膜或致密-微孔膜） |
? ? 從原理上講，所有基于兩相接觸傳質的操作都可以借助膜接觸器來實現，如液-液萃取、以氣流掃脫除去液相中的氣體/揮發性組分或者將氣相中的氣體/揮發 ? 性組分溶入到液相中等。
下面，根據具體應用來介紹不同類型的膜接觸器。表1.2介紹了這些接觸器所 涉及的相和推動力.
表1.2膜接觸器體系??
膜接觸器類型? ? ? ? 膜氣提器/膜洗/ 滌器/膜萃取器? ? ? ? ? 支撐液膜? ? ? ? ? ? ? ? ?膜蒸慵? ? ? ? ? ? 滲透蒸憎? ? ? ? ? ?膜乳化器? ? ? ? ?相轉化催化 |
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?1? 相? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?氣/液? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??氣/液?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?液? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?液? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?液? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?液 ?2? 相? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?液? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?氣/液? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 液? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?液? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?液? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?液 推動力? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?濃度梯度? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 分壓/濃度梯度??? ? ? ?分壓梯度? ? ? ? ? 分壓梯度? ? ? ? ? ?壓力梯度?? ? ? ? ? 濃度梯度 |
在所有不同類型的膜接觸器中，被傳遞組分從一相向另一相遷移的過程中會遇 到若干阻力?？偟膩碚f，這些阻力是由各相和膜所產生的。對于各種特定體系，傳 ? 質過程可能是由相/相阻力控制，也可能是由膜阻力控制，或者二者兼有。下一章 將對傳質方程進行更詳細的闡述，下面僅簡要討論傳質阻力以及計算質量通量的一 般表達式。
