Membrany ciekłe i biopodobne

Wykład 11

Opracowała dr Elżbieta Megiel

Rodzaje membran ciekłych

Faza akceptorowa s

Faza donorowa f

• Membrany grubowarstwowe ( BLM ang. Bulk liquid membrane)

• Membrany ciekłe immolibilizowane (SLM ang. Supported liquid

membrane)

Nośnik polipropylen, polisulfon, octan celulozy, grubość 25 – 175 m, porowatość 30%

- 70%, średnica porów 0.01 – 0.3 m

• Membrany ciekłe emulsyjne (ELM ang. Emulsion liquid membrane) 1968 Li

Niewielka objętość LM, Niewielka ilość drogich zwykle przenośników.

Niewystarczająca stabilność wynikająca z wymywania się membrany z porów.

Konieczne jest dobranie odpowiedniego emulgatora, a do rozdzielenia demulgatora.

Podział membran

Ciekłe bez przenośnika

Ciekłe z rozpuszczonym przenośnikiem jonowym

– lipofilowy jon i zdolny do wymiany przeciwjon

(tetrafenyloborany, pikryniany, długołańcuchowe

estry kwasu fosforowego, długołańcuchowe

kationy amoniowe)

Ciekłe z przenośnikiem obojętnym (etery koronowe,

kryptandy)

Ciekłe z przenośnikiem o właściwościach zależnych od

składu roztworów zewnętrznych

Rodzaj

membrany

Am/Vm

m2 m-3

Vf/Vm

m3 m-3

Jm/Vm

Mol m-3 h-1

BLM

0.1 - 1

0.2 - 10

0.6

SLM

10 - 10000

100 - 2000

5

ELM

1000- 3000

10-200

Charakterystyka porównawcza membran ciekłych

Mechanizm transportu i separacji

w membranach ciekłych

Model warstwowy opracowany na przykładzie BLM przez Reuscha i Cusslera w 1973. Transport substancji S z roztworu zasilającego (f) do odbierającego (s) składa się z następujących etapów:

• Dyfuzja przez warstwę graniczną w fazie wodnej f (współczynnik

dyfuzji) · Ekstrakcja na granicy faz s-membrana ciekła (współczynnik podziału) · Dyfuzja przez warstwę graniczną po stronie f • Transport konwekcyjny w strefie mieszania membrany· • Dyfuzja przez warstwę graniczną po stronie s • Reekstrakcja na granicy faz membrana-s · Dyfuzja przez warstwę graniczną w fazie wodnej s

Transport prosty (bierny) nieodwracalny po stronie roztworu odbierającego reakcja chem. i

produkt nierozpuszczalny w membranie

M. F. San Roman, E. Bringas, R. Ibanez, I. Ortiz, J. Chem. Technol. Biotechnol., 85, 2009, 2-10.

Tansport sprzężony współtransport S+ + X- + C C(SX)

S+, X-

C(SX)

S+, X-

C

Przenośnik reaguje ze składnikami roztworu zasilającego np. kompleksowanie pary jonowej.

C-od ang. carrier - przenośnik

Transport sprzężony - przeciw transport

S1+ + CS2 S2

+ + CS1

C(S1)

CS2

S1

S2

S1

S2

Transport ułatwiony

C(S)

C

S S

Wykazuje cechy transportu przenośnikowego i transportu dyfuzyjnego, substancja S wnika do membrany w stanie wolnym oraz w postaci kompleksu z przenośnikiem

Przenośniki w membranach ciekłych

• Etery koronowe - transport i separacja kationów metali jednowartościowych

• Związki fosforoorganiczne - transport i separacja metali dwu i wielowartościowych głównie Zn2+

• Hydroksyoksymy – transport i separacja Cu(II)

• Aminy – transport i separacja kwasów głownie karboksylowych

Zastosowanie LM

• Transport i separacji metali

SLM Cu(II)/Fe(III) nośnik folia polipropylenowa, przenośnik hydroksyoksymy, współczynnik separacji 1000.

• Transport i separacja gazów

SLM przenoszenie O2, membrana mikroporowata nośnik octan celulozy, impregnowany hemoglobiną

• Transport i separacja kwasów karboksylowych

SLM kwas cytrynowy, nośnik polipropylen przenośnik trilauryloamina

Usuwanie fenolu ze ścieków z wykorzystaniem ELM

Roztwór s (odb)

NaOH +fenolan

Membrana

Faza donorowa

Fenol w

wodzie

Jako membrana olej silikonowy, Halwasch i wsp (1980) usuwanie 95%

fenolu z rozcieńczonego roztworu (<1mM) w ciągu 12 minut.

Membrany biopodobne

• Dwuwarstwy 5 –10 m

• Pęcherzyki – pierwotne liposomy i liposomy (średnica 100 nm) nośniki środków kosmetycznych i leków, ale również przeciwciał, antygenów, kwasów nukleinowych, a nawet całych chromosomów.

• Transport aktywny w układzie jednak odległym od błon biologicznych

• Membrana z dichloroetanu, przenośnik ferrocen, askorbinian potasu (reduktor), roztwór odbierający żelazicyjanek potasu( utleniacz) ferrocen przenośnikiem elektronów, a jon pikrynianowy przenoszony był wbrew gradientowi stężeń

Shinbo T, Sugiura m., Kamo W., Kobatake Y., J. Membr. Sci., 9, 1981, 1.

Membrany biopodobne