[发明专利]萃取相预分散浸没式中空纤维支撑液膜分离技术

说明书

技术领域：

本发明涉及一种萃取相预分散浸没式中空纤维支撑液膜分离技术，属于膜分离技术领域。 

背景技术：

液膜分离技术是一种新型的同级萃取反萃分离技术，实现了萃取与反萃过程的内耦合，具有非平衡传质的特征，选择性好，传质推动力大，传质速率高，溶剂相用量少，可实现溶质的逆浓度梯度传递，广泛地应用于湿法冶金、废水处理、气体分离、生物制品提纯、生物发酵液的在线移除、以及膜生物反应器等领域，已成为当前传质与分离领域的研究热点之一。 

传统的液膜分离过程有乳化液膜和支撑液膜，但这两种液膜技术的稳定性及膜污染问题制约了其发展和应用。但由于液膜技术本身具有的优点和广阔的市场潜力，许多研究者一直致力于液膜技术的开发。一方面集中在液膜相组成的研究，以期改进原有液膜技术所存在的稳定性问题；另一方面，提出许多新的液膜构型，以期解决传统液膜技术中存在的问题。其中以中空纤维膜为支撑体的液膜技术由于膜本身自我支撑，且具有操作简单，传质比表面积大，易于放大等优点得到了迅速发展。如中空纤维包容(或封闭)液膜、支撑乳化液膜、反萃预分散液膜，中空纤维更新液膜等。 

这类以中空纤维膜为支撑体的液膜技术应用于发酵产物原位提取、废水处理等领域时，由于发酵液、废水中存在可降解的生物污染物或固体悬浮颗粒会对膜器壳程造成严重的污染，因而需要对发酵液、废水等进行极为严格的预处理，才能使得过程得以正常进行。尽管有研究者尝试设计低装填密度的膜器改善膜污染程度，但膜污染现象依然比较严重，且膜清洗比较困难，尤其是对于壳程污染物的清洗。膜污染已成为束缚该类液膜技术得以广泛应用的瓶颈性问题之一。 

浸没式中空纤维膜组件以其填充密度高、可自支撑、结构简单、造价低、易于进行反清洗等优点而受到广泛的关注，并可通过鼓泡等手段最大限度地减轻膜污染程度，并在微滤、超滤、膜生物反应器等领域中有着广泛应用。 

另一方面，液膜技术的稳定性问题也是制约其应用和发展的瓶颈之一。 

专利U.S.Patent No.6,171,563(2001)中，美国的何文寿(W.S.W.Ho)博士提出了反萃预分散的中空纤维支撑液膜技术，在中空纤维膜组件的壳程中采用主体流体为有机液膜相，少量水相反萃剂预分散在有机液膜相中，一方面可以增加液膜过程的稳定性，另一方面，可依靠反萃剂预分散所导致的巨大的传质比表面积降低反萃过程的传质阻力。但对膜污染问题没有提及。 

专利200720098950.8中，刘建立等设计出了一种进行水处理的实用新型浸没式中空纤维膜组件。该专利将膜组件浸泡在活性污泥槽内，利用过滤对活性污泥进行处理。该类膜组件无外壳，可极大限度减轻膜污染，并且反洗方便，能提高系统工作效率。 

目前，将浸没式中空纤维膜组件引入液膜过程未见文献报道。 

发明内容：

本发明的目的是提供一种浸没式中空纤维膜分离技术，该技术用于发酵产物原位分离、废水处理具有稳定性好、膜污染速率低、易于反清洗、操作周期长、传质速率高、容易放大、适合工业化应用的液膜分离技术。 

本发明采用浸没式中空纤维膜组件作为液膜过程的装置。浸没式中空纤维膜组件结构如图1所示，在料液槽(2)内装有一个中空纤维膜组件，料液槽上有料液入口(1)和出口(5)，中空纤维膜组件的入口也叫作管程入口(4)和出口也叫作管程出口(6)，其中中空纤维膜组件中的膜丝(3)可以根据工艺需求采用不同的排列方式，如平行排列、分束排列。 

本发明预先用萃取相浸泡中空纤维膜丝，依靠毛细管的虹吸及吸附作用使得萃取相充满在多孔惰性支撑体的孔隙内，形成液膜层，溶质通过这个液膜层实现选择性传递；反萃相和少量预分散的萃取相流过中空纤维管内，管内流动的少量萃取相可以补充液膜层的流失维持液膜稳定。 

本发明的具体步骤如下： 

A.将需要萃取分离的料液经料液槽入口流入料液槽中至液位完全浸没膜组件； 

B.将萃取相自管程入口流入中空纤维膜丝中，调节管程压力高于料液槽内压力，保持稳定操作，使得膜丝的微孔中充满萃取相； 

C.在反萃相溶液中加入1-33％体积的萃取相混合均匀，将反萃相与萃取相的混合物送入膜组件管程入口中，使其在中空纤维管内流动，从膜组件管程出口流出；调节管程压力差以防止相间渗透；操作稳定后分别取料液、反萃相，离心分相后进行分析，当料液相中溶质含量达到处理要求时结束。管程出口流出的富集液，经简单的澄清分相，可取出萃取相循环使用。在反萃相溶液中预加入2-10％的萃取相效果更佳。