以分散反萃取相支撐式液態薄膜回收貴金屬：材料世界網

近年來銦廣泛應用於工業中，大量廢液也越來越多，故回收銦、錫所帶來的經濟效益不容小覷。比較現有萃取技術中，液膜分離具有①初設成本與運行成本低；②選擇性高、處理速度快；③低耗能、廢液量少；④易於放大等優點。而液膜分離又分為非支撐式及支撐式兩種。根據支撐式液態薄膜實驗結果，銦離子在萃取劑中純度約10%，而反萃取劑中錫離子純度及濃度分別為98%、30,000 ppm。

本文將從以下大綱，證實分散反萃取相支撐式液膜有操作簡便、高濃縮倍數及反應快等優點。

‧前言

‧液膜分離技術

　1. 技術簡介

　2. 液態薄膜原理

　　(1) 非支撐式液膜

　　(2) 支撐式液膜

‧支撐式液膜在工業應用之限制

　1. 膜相的流失

　　(1) 流動引起的剪應力

　　(2) 有機膜相溶於水相

　2. 進料相及反萃取相之間的水傳遞現象

　3. 第三相生成引起的膜孔阻塞

　4. 膜相與支撐體的性質改變

‧實際應用

‧結論

【內文精選】

常見從溶液中回收稀有金屬的方法有樹脂交換法、溶劑萃取法與液膜回收等方法。樹脂交換法是以樹脂進行離子吸附與脫附並將之分離；溶劑萃取法是經過多次萃取(Extraction)與反萃取反應，將溶液中的離子從進料水相轉至有機油相中，再轉回水相溶液中回收並且濃縮。由於上述兩種方法應用於傳統貴金屬回收多存有回收率低、伴隨產生的廢棄物較多、製程複雜與回收成本高等缺點，相較之下，液膜法為溶劑萃取觀念之延伸方法，具有高選擇性、高處理效率及低耗能等優點。

液膜分離技術

1. 技術簡介

液膜回收將液液萃取的觀念加以延伸，藉由將油相萃取劑置於水相的進料溶液與反萃取溶液之間，中間的有機萃取劑扮演著半透膜的角色，選擇性地將待萃物質傳送至另一端，並且將萃取及反萃取結合成一個同時進行的步驟，藉此突破熱力學平衡的限制。相較之下，液膜回收具有以下優點：①初設成本與運行成本低；②選擇性高、處理速度快；③低耗能、廢液量少；④易於放大。

2. 液態薄膜原理

膜可依其有機膜相的型式不同分為非支撐式液膜(Non-supported Liquid Membrane)及支撐式液膜(Supported Liquid Membrane; SLM)，詳見圖一。

圖一、(a)非支撐式液膜；(b)支撐式液膜

(2) 支撐式液膜

支撐式液態薄膜(SLM)是由油相萃取劑填充於多孔性支撐體中所組成，即液態的膜相填充於支撐體的孔洞內，形成支撐式液態薄膜。液態膜相通常由萃取劑、稀釋劑與修飾劑所組成；多孔性支撐體則多為可以耐酸鹼的高分子聚合物，如聚丙烯(PP)和聚四氟乙烯(PTFE)，並且由於支撐體為疏水性材質，故可以藉此隔開油相萃取劑與水相進料液，詳如圖二所示。

支撐式液膜在工業應用之限制

4. 膜相與支撐體的性質改變

在反應進行的過程中，由於進料相中之目標物質逐漸與有機相反應形成錯合物，可能會改變油相萃取劑的物理及化學性質，例如膜面的粗糙度、膜相的親疏水性等。只要支撐體本身的疏水性下降，容易使膜孔被水相溶液浸潤，導致液膜不穩定。

為了解決膜相流失造成膜孔連通的問題，學者提出了「分散反萃取相支撐式液膜(SLMSD)」，示意圖如圖六。使用中空纖維膜組，將油相萃取劑與水相反萃取液，經由攪拌器攪拌，使體積較小的反萃取劑以液滴的型態均勻分布於萃取劑當中，其中反萃取劑液滴直徑大約80~800 μm，遠大於膜孔的0.03 μm，而支撐體本身是疏水性，因此不會透過膜孔滲透至進料液中，而且操作過程中，進料端會給壓力避免油相萃取劑透過膜孔跑到進料液中。再將此混合溶液以幫浦打入殼端，萃取劑會填滿膜孔並與進料液接觸進行萃取，反萃取則以液滴形式散布於萃取劑中進行反萃取，如圖七所示。