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一种强制流动式准液膜萃取分离富集装置及其使用方法

阅读：349发布：2023-03-12

专利汇可以提供一种强制流动式准液膜萃取分离富集装置及其使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种从原料相溶液中高效分离富集溶质组分的装置及其使用方法，所述装置包括萃取器、反萃取器、萃取相储罐和萃取相强制流动系统。其中，萃取相在萃取器、反萃取器、萃取相储罐三者之间通过泵强制循环流动，并将原料相的溶质组分不断地转移富集至反萃取相中。该分离富集装置继承了传统液膜萃取过程的三相传质优点，且稳定性更容易控制，可实现高富集比、高选择性的分离要求。该分离富集装置及其使用方法适用于从原料相中高效分离富集较低浓度或较高浓度、无机或有机溶质组分（例如ppb级的Cd2+、ppm级的苯酚）。本发明提供了一种具有操作简便、稳定性好、传质速率快和富集比高等特点的三相传质分离富集技术。，下面是一种强制流动式准液膜萃取分离富集装置及其使用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种强制流动式准液膜萃取分离富集装置，其特征在于：该装置包括萃取器（4）、反萃取器（5）、萃取相储罐（6）和萃取相强制流动系统；
所述萃取器（4）包括萃取腔室、排气口（7）、加料口（8）、排液口（9）、萃取相输入口、萃取相输出口；所述萃取腔室内含萃取相和原料相接触传质区、萃取相与原料相分相区；
所述反萃取器（5）包括反萃取腔室、排气口（10）、加料口（11）、排液口（12）、萃取相输入口、萃取相输出口；所述反萃取腔室内含萃取相和反萃取相接触传质区、萃取相与反萃取相分相区；
所述萃取相储罐（6）包括储液腔室、排气口（13）、加料口（14）、排液口（15）、萃取相输入口、萃取相输出口；
所述萃取相强制流动系统包括用于连通的管路（16）、萃取相泵（18）、萃取相泵（18）的入口和出口管路；
所述萃取器（4）的萃取相输出口与所述反萃取器（5）的萃取相输入口通过管路（16）连通，所述萃取相储罐（6）的萃取相输出口与萃取相泵（18）的入口管路连通，所述萃取器（4）的萃取相输入口与萃取相泵（18）的出口管路连通。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述反萃取器（5）的萃取相输出口与所述萃取相储罐（6）的萃取相输入口，还通过用于萃取相循环的管路（17）连通。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述排气口、排液口包括管路和阀门；所述加料口包括加料斗、管路和阀门；所述排气口、加料口位于腔室顶部，所述排液口位于腔室底部。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述排气口、排液口或加料口可以是瓶塞或瓶盖的封口结构。
5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述排气口和加料口可合并于一个兼具排气和加料功能的排气加料口。
6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述萃取相输入口包括通入腔室的管路，和/或含连接于管路端口的萃取相分布器。
7.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述萃取相输出口包括由腔室输出的管路，和/或含阀门。
8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述接触传质区为腔室内油水两相发生混合、相际传质的区域，或包括油水混合接触部件。
9.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述分相区为腔室内油水两相发生分相、澄清的区域，或包括油水分离部件。
10.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述萃取腔室的总容积为50 mL ~
10000 mL; 所述萃取腔室的总容积是所述反萃取腔室的总容积的1倍 10000倍。
~
11.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述萃取相强制流动系统还包含流量计（19）或阀门。
12.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述萃取器（4）、反萃取器（5）或萃取相储罐（6）中还包括采集样品的取样部件，和/或控温部件。
13.一种如权利要求1或2 所述装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1: 关闭权利要求1或2 所述装置的所有阀门，或至少关闭排液口阀门；将加料口（8）和排气口（7）管路置于连通状态；通过加料口（8）将原料相（1）投加至萃取器（4）中的萃取腔室内；然后将加料口（8）管路置于关闭状态；
S2: 将加料口（11）和排气口（10）管路置于连通状态；通过加料口（11）将反萃取相（3）投加至反萃取器（5）中的反萃取腔室内；然后将加料口（11）管路置于关闭状态；
S3: 将加料口（14）和排气口（13）管路置于连通状态；通过加料口（14）将萃取相（2）投加至萃取相储罐（6）中的储液腔室内；然后将加料口（14）管路置于关闭状态；
S4: 开启萃取相强制流动系统，将萃取相（2）从萃取相储罐（6）输送至萃取器（4）中的萃取腔室内，使萃取相（2）与原料相（1）接触，溶质组分从原料相（1）转移至萃取相（2）；待萃取器（4）中的萃取腔室充满液体，将排气口（7）置于关闭状态，将管路（16）置于连通状态；让萃取相（2）输送至反萃取器（5）中的反萃取腔室内，使萃取相（2）与反萃取相（3）接触，溶质组分从萃取相（2）转移至反萃取相（3）；待反萃取器（5）中的反萃取腔室充满液体，将排气口（10）置于关闭状态，然后将萃取相（2）从反萃取器（5）中输出；
S5: 关闭萃取相强制流动系统，将排气口（7）管路置于连通状态，静置后将排液口（9）置于连通状态，分别排出萃取器（4）中萃取腔室内处理后的原料相、萃取相；
S6: 将排气口（10）管路置于连通状态，静置后将排液口（12）置于连通状态，分别排出反萃取器（5）中反萃取腔室内处理后的反萃取相、萃取相；
S7: 将排气口（13）管路置于连通状态，将排液口（15）置于连通状态，排出萃取相储罐（6）中储液腔室内处理后的萃取相。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：S4步骤中，萃取相（2）从反萃取器（5）中输出，并通过管路（17）回流至萃取相储罐（6）中的储液腔室内，然后在萃取器（4）、反萃取器（5）和萃取相储罐（6）之间循环或部分循环地流动。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于：在萃取相（2）输送过程中，将加料口（14）和排气口（13）管路置于连通状态；通过加料口（14）补充萃取相（2）至萃取相储罐（6）中的储液腔室内；然后将加料口（14）和排气口（13）管路置于关闭状态。
16.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于：所述萃取相强制流动系统中萃取相泵（18）的流量为1 mL/min 1000 mL/min。
~
17.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于：从萃取器（4）、反萃取器（5）或萃取相储罐（6）中，通过取样部件采集样品，和/或通过控温部件控制温度。

说明书全文

一种强制流动式准液膜萃取分离富集装置及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高富集比的准液膜萃取分离富集装置及其使用方法。

背景技术

[0002] 传统的从原料液中分离富集目标溶质组分的方法主要有萃取、吸附、膜分离等方法。其中，液液萃取包括萃取和反萃取过程，溶质组分在两相间分配系数的大小决定了其分离富集能力。增大萃取（或反萃取）过程的分配系数，一般需要提高萃取剂（或反萃取剂）的用量。一般而言，萃取剂较为昂贵，而反萃取剂（如酸、碱）较为廉价。液膜萃取技术综合了萃取与膜分离两者的特性，并集萃取和反萃取于一体。液膜分离过程中，原料相（又称外相）中的目标溶质组分依次转移至萃取相（又称膜相）、反萃取相（又称内相），在三相之间进行传质，打破了液液萃取过程中两相之间的平衡限制。利用反萃取相较大的分配系数，通过一个步骤即可将原料相中大部分的目标溶质组分富集进入反萃取相。换句话说，只要反萃取相中的反萃取剂浓度足够高，目标溶质组分可最大限度地被反萃取相富集，达到一般技术很难达到的高富集比的要求（如，富集比大于1000倍）。并且，液膜中萃取剂（又称为载体）用量较少，它主要影响的是液膜的传质速率。因此，液膜解决了液液萃取过程的单级萃取效率低（萃取率低、富集比小）、萃取剂昂贵等问题。

[0003] 液膜主要包括乳化液膜、支撑液膜、大块液膜、包容液膜、准液膜等形式。其中，乳化液膜、支撑液膜、大块液膜已为本领域技术人员所熟知。上述不同操作形式的液膜技术在具体实施过程中，均还存在一些问题：液膜的稳定性较差或萃取速率较慢。大块液膜在低搅拌强度下虽可保持较为稳定，但因液膜较厚、传质面积小，溶质组分在膜内传质主要靠分子扩散，其萃取速率一般很慢。乳化液膜、支撑液膜等其他形式，虽具有较薄的液膜厚度，但液膜往往难以稳定地将原料相和反萃取相阻隔开，原料相和反萃取相之间容易相互泄露。由于原料相和反萃取相是互溶的，一旦反萃取剂泄露进入原料相，则溶质组分难以被萃取进入萃取相。因此，改进操作形式或装置设计、强化液膜的稳定性和传质速率十分重要。

[0004] Sirkar等（Separation of Solutes from Aqueous Solutions by Contained Liquid Membranes, AIChE Journal, 1988, 34 (10): 1698 - 1708）设计的包容液膜装置，通过两道多孔支撑膜及其之间包含的萃取相作为液膜，将原料相和反萃取相稳定地阻隔开。这样一来，反萃取相难以穿透包容液膜泄露进入原料相，液膜稳定性大为提高，但这样势必增大了传质阻力。顾忠茂等发明了静电准式液膜装置（专利申请号：CN86101730.7, 名称：静电式准液膜分离方法及其装置），通过静电作用抑制分散的原料相和反萃取相液滴之间接触和聚合。液滴分散在萃取相中，相间接触面积较大。但是，液膜相中没有搅拌混合，其中传质阻力仍较大。科斯塔尼安在其专利（专利申请号：98803533.2，名称：两种液相间物的物质交换方法）提出了一种操作方法。该方法既实现了原料相中的目标溶质组分被萃取相转移至反萃取相的目的，并且原料相和反萃取相可分别处于两个容器中，不会相互泄露。该专利中称萃取相为交换介质，其功能与传统液膜相同，在本质上都是实现原料相与反萃取相之间的传质。因此该方法也属于准液膜的一种。与传统液膜体系相比，该体系更为稳定，既无需乳化液膜的制乳和破乳过程，也无需支撑液膜的支撑基膜。并且，与稳定性同样较高的大块液膜和包容液膜相比，因该方法的萃取相可循环流动，其传质速率又势必要快。
该研究者还相继提出了实现这一准液膜萃取方法的一系列三相萃取准液膜装置（专利申请号：CN96197710.8、CN96197714.0、CN96197715.9、CN97180747.7等）。这些装置属于连续化操作，有望替代工业规模的、较大处理量的传统多级逆流液液萃取装置。但这些装置不太适用于分析、样品富集等实验操作过程。（如：从小体积量（如50 mL 10000mL）原料液中高富~
集比（如1 10000倍）地富集目标溶质组分。）并且，这些装置仍存在一些其他的有待改进之~
处。在这些装置中，原料相和反萃取相均作为分散相，采用连续流动的形式；萃取相作为连续相，采用的是溢流或密度差驱动的被动式流动。因此，在三相流动过程中，原料相或反萃取相液滴较易被萃取相浃带。为避免浃带，不能采用较剧烈的两相混合接触方式，且三者的流量均不能过大。由于没有剧烈的两相混合和较高的萃取相流速，这些装置中的单级三相萃取过程传质速率仍不够快，较难达到三相平衡状态。虽然这些装置仍有不足，但该准液膜萃取方法继承了传统液膜的传质效率高的优点，又比传统液膜的稳定性更强，因此，值得对该准液膜分离方法继续研究和改进。综上，表1 归纳出了上述现有（准）液膜的特点及存在的技术问题。

[0005] 表1 现有（准）液膜的特点及存在的技术问题（准）液膜类型传质速率稳定性设备要求存在的主要缺点
乳化液膜快较差常规制乳设备、专用破乳设备溶胀、泄露等稳定性问题；制乳破乳过程繁琐支撑液膜较慢一般支撑膜常规膜组件支撑膜泄露等稳定性问题
大块液膜很慢较好大块液膜专用设备传质速率慢、难以工业放大
包容液膜很慢较好包容液膜专用膜组件传质速率慢、膜组件制备较复杂
静电准式液膜较慢较好静电准式液膜专用设备传质速率较慢、膜组件制备较复杂三相萃取准液膜较慢较好三相萃取准液膜专用设备传质速率较慢、膜组件制备较复杂发明内容

[0006] 为解决现有（准）液膜装置及其操作过程中存在的问题，本发明提供了一种具有稳定性高、传质速率快、富集比大、便于进行萃取和分相等操作的一种强制流动式准液膜萃取分离富集装置及其使用方法，尤其针对并解决了在一般分离技术难以达到的高富集比（如1000倍以上）等要求下，从小体积量（50 mL 10000mL）原料液中快速地、一次性地提取目标~
溶质组分这一问题。

[0007] 现有科斯塔尼安等发明的一系列三相萃取装置（专利申请号：CN96197710.8、CN96197714.0、CN96197715.9、CN97180747.7等）均是基于其专利（专利申请号：98803533.2，名称：两种液相间物的物质交换方法）提出的操作方法。本发明装置涉及的分离原理虽也与上述方法是相通的，但本发明装置的具体结构及其使用方法尚未见相关报道，且本发明装置的实际应用前景可观。并且，与科斯塔尼安等发明的一系列三相萃取装置相比，存在明显不同及有益改进。其中，本发明的装置中所谓强制流动是指通过泵的作用所产生的流动（流速较大、易控制），是对现有三相萃取装置（专利申请号：CN96197710.8、CN96197714.0、CN96197715.9、CN97180747.7等）中采用的溢流、密度差浮力作用等被动式流动（流速较小、不易控制）的一种强化。并且，本发明的装置在运行中，萃取器（4）和反萃取器（5）可与外界密闭隔开，萃取相（2）的流速大小可方便地通过萃取相强制流动系统中的萃取相泵（18）的功率和阀门开度等进行调节。本发明中萃取相储罐的设置可方便地进行萃取相（2）的投加、循环以及整个装置系统的启动、停止等操作；通过设置加料口、排气口和排液口，可方便地进行投料、静止分相和分液等间歇性操作。通过调节萃取器（4）和反萃取器（5）的腔室体积大小，可实现高富集比操作。这与以连续性操作及工业大体积原料相处理为目的的现有三相萃取装置存在很大差异。

[0008] 本发明（准）液膜装置具有高效、稳定、便捷的特点，应用前景相当可观。例如，当以自然环境中的水样（50 mL 10000 mL）为原料液时，其中含微量污染物，需将污染物富集达~1 10000倍（甚至更高），以达到常规检测仪器的检测浓度范围内。再如，当不能采用蒸馏~
等较高温环境下操作的传统富集方法时，需要在温和条件下使原料液中的溶质组分浓度富集达1 10000倍（甚至更高）。为解决上述类似的问题，本发明可继承和发挥（准）液膜分离~
技术高富集比、高选择性的优点，克服现有（准）液膜装置仍存在稳定性差、传质速率慢、操作步骤繁琐等缺陷。

[0009] 本发明提供了一种高富集比的强制流动式准液膜萃取分离富集装置，包括萃取器（4）、反萃取器（5）、萃取相储罐（6）和萃取相强制流动系统；所述萃取器（4）包括萃取腔室、排气口（7）、加料口（8）、排液口（9）、萃取相输入口、萃取相输出口；所述萃取腔室内含萃取相和原料相接触传质区、萃取相与原料相分相区；所述反萃取器（5）包括反萃取腔室、排气口（10）、加料口（11）、排液口（12）、萃取相输入口、萃取相输出口；所述反萃取腔室内含萃取相和反萃取相接触传质区、萃取相与反萃取相分相区；所述萃取相储罐（6）包括储液腔室、排气口（13）、加料口（14）、排液口（15）、萃取相输入口、萃取相输出口；所述萃取相强制流动系统包括用于连通的管路（16）、萃取相泵（18）、萃取相泵（18）的入口和出口管路；所述萃取器（4）的萃取相输出口与所述反萃取器（5）的萃取相输入口通过管路（16）连通，所述萃取相储罐（6）的萃取相输出口与萃取相泵（18）的入口管路连通，所述萃取器（4）的萃取相输入口与萃取相泵（18）的出口管路连通。

[0010] 进一步优选地，所述反萃取器（5）的萃取相输出口与所述萃取相储罐（6）的萃取相输入口，还通过用于萃取相循环的管路（17）连通。

[0011] 本发明中，所述排气口、排液口包括管路和阀门；所述加料口包括加料斗、管路和阀门；所述排气口、加料口位于腔室顶部，所述排液口位于腔室底部。

[0012] 进一步优选地，所述排气口、排液口或加料口可以是瓶塞或瓶盖的封口结构。

[0013] 进一步优选地，所述排气口和加料口可合并于一个兼具排气和加料功能的排气加料口。

[0014] 本发明中，所述萃取相输入口包括通入腔室的管路，和/或含连接于管路端口的萃取相分布器。

[0015] 本发明中，所述萃取相输出口包括由腔室输出的管路，和/或含阀门。

[0016] 本发明中，所述接触传质区为腔室内油水两相发生混合、相际传质的区域，较佳的包括油水混合接触部件。

[0017] 本发明中，所述分相区为腔室内油水两相发生分相、澄清的区域，较佳的包括油水分离部件。

[0018] 本发明中，所述萃取腔室的总容积较佳的为50 mL 10000 mL; 所述萃取腔室的~总容积，较佳的是所述反萃取腔室的总容积的1倍 10000倍。
~

[0019] 本发明中，所述萃取相强制流动系统还包含流量计（19）或阀门。

[0020] 本发明中，所述萃取器（4）、反萃取器（5）或萃取相储罐（6）中还包括采集样品的取样部件，和/或控温部件。

[0021] 本发明还涉及一种上述分离富集装置的使用方法包括如下步骤：S1: 关闭所述装置的所有阀门，或至少关闭排液口阀门；将加料口（8）和排气口（7）管路置于连通状态；通过加料口（8）将原料相（1）投加至萃取器（4）中的萃取腔室内；然后将加料口（8）管路置于关闭状态；
S2: 将加料口（11）和排气口（10）管路置于连通状态；通过加料口（11）将反萃取相（3）投加至反萃取器（5）中的反萃取腔室内；然后将加料口（11）管路置于关闭状态；
S3: 将加料口（14）和排气口（13）管路置于连通状态；通过加料口（14）将萃取相（2）投加至萃取相储罐（6）中的储液腔室内；然后将加料口（14）管路置于关闭状态；
S4: 开启萃取相强制流动系统，将萃取相（2）从萃取相储罐（6）输送至萃取器（4）中的萃取腔室内，使萃取相（2）与原料相（1）接触，溶质组分从原料相（1）转移至萃取相（2）；待萃取器（4）中的萃取腔室充满液体，将排气口（7）置于关闭状态，将管路（16）置于连通状态；让萃取相（2）输送至反萃取器（5）中的反萃取腔室内，使萃取相（2）与反萃取相（3）接触，溶质组分从萃取相（2）转移至反萃取相（3）；待反萃取器（5）中的反萃取腔室充满液体，将排气口（10）置于关闭状态，然后将萃取相（2）从反萃取器（5）中输出；
S5: 关闭萃取相强制流动系统，将排气口（7）管路置于连通状态，静置后将排液口（9）置于连通状态，分别排出萃取器（4）中萃取腔室内处理后的原料相、萃取相；
S6: 将排气口（10）管路置于连通状态，静置后将排液口（12）置于连通状态，分别排出反萃取器（5）中反萃取腔室内处理后的反萃取相、萃取相；
S7: 将排气口（13）管路置于连通状态，将排液口（15）置于连通状态，排出萃取相储罐（6）中储液腔室内处理后的萃取相。

[0022] 进一步优选地，S4步骤中，萃取相（2）从反萃取器（5）中输出，并通过管路（17）回流至萃取相储罐（6）中的储液腔室内，然后在萃取器（4）、反萃取器（5）和萃取相储罐（6）之间循环或部分循环地流动。

[0023] 其中，在萃取相（2）输送过程中，将加料口（14）和排气口（13）管路置于连通状态；还可通过加料口（14）补充萃取相（2）至萃取相储罐（6）中的储液腔室内；然后将加料口（14）和排气口（13）管路置于关闭状态。

[0024] 其中，所述萃取相强制流动系统中萃取相泵（18）的流量较佳地为1 mL/min ~1000 mL/min。

[0025] 其中，从萃取器（4）、反萃取器（5）或萃取相储罐（6）中，还可通过取样部件采集样品，和/或通过控温部件控制温度。

[0026] 本发明原料相、萃取相和反萃取相所涉及的试剂、原料除特殊说明外均市售可得。并且，本发明所述装置及其使用方法，对于传统液液萃取、反萃取和液膜分离体系所涉及的原料相、萃取相和反萃取相三者之间进行传质过程均适用。

[0027] 本发明的积极有益效果在于：本发明所述装置及方法主要适用于从体积相对较小的（50 mL 10000 mL）原料液中高效分离富集浓度范围宽（较低或较高浓度均适用，如μg/~L (ppb)级的Cd2+、mg/L (ppm)级的苯酚）的有机或无机溶质组分，且主要有以下几个方面的改进。

[0028] 装置及其操作性方面，本发明装置主要利用萃取相泵（18）促使萃取相（2）强制流动，并先后与萃取腔室中的原料相（1）和反萃取腔室中的反萃取相（3）先后接触，实现萃取相（2）将原料相（1）中的溶质组分不断地带入反萃取相（3）中这一目的。装置的主要创新之处在于实现了萃取相（2）的强制流动，且有效地隔离了原料相（1）和反萃取相（3）。装置在运行中，萃取器（4）和反萃取器（5）可与外界密闭隔开，萃取相（2）的流速大小可方便地通过萃取相强制流动系统中的萃取相泵（18）的功率和阀门开度等进行调节。并且，本发明中萃取相储罐的设置可方便地进行萃取相（2）的投加、循环以及整个装置系统的启动、停止等操作；通过设置加料口、排气口和排液口，可方便地进行投料、静止分相和分液等间歇性操作。这些现有（准）液膜装置所没有的优点，使得本发明的装置及其使用方法应用范围宽、操作便捷、使用方便。

[0029] 稳定性方面，本发明中原料相（1）和反萃取相（3）在萃取过程中分别滞留在萃取器（4）和反萃取器（5）两个不同容器内，而仅仅使萃取相（2）流入和流出两个容器。这样的处理是对现有的三相萃取装置（专利申请号：CN96197710.8、CN96197714.0、CN96197715.9、CN97180747.7等）在稳定性方面主要的改进。本发明中只需避免萃取相（2）对原料相（1）或反萃取相（3）的浃带，原料相（1）与反萃取相（3）便不会接触和混合。传统液膜主要依靠液膜（即萃取相（2））本身的机械性能是否能阻止原料相（1）与反萃取相（3）之间接触和混合。但是，即使有支撑膜或乳化剂的作用，作为液体膜的机械性能仍然较差。因此，本发明装置的稳定性与萃取相（2）机械性能无关，仅仅取决于油水分离程度，更容易控制和保证体系的稳定性。

[0030] 传质速率方面，本发明中萃取相（2）分散在原料相（1）或反萃取相（3）中，传质接触面积大，优于大块液膜和支撑液膜；且萃取相（2）通过泵进行强制流动，加快了溶质组分从原料相中（1）转移至反萃取相（3）中，优于采用溢流、密度差浮力作用等被动式流动的三相萃取装置（专利申请号：CN96197710.8、CN96197714.0、CN96197715.9、CN97180747.7等）。因此，本发明中控制两相传质接触面积、萃取相浓度或萃取相流量大小，即可方便提高传质速率，有利于尽快达到萃取平衡。且本装置属于间歇性操作，可适当延长萃取时间来实现三相之间的萃取平衡。

[0031] 富集比方面，通过保证反萃取相（3）较大的分配系数（如提高反萃取剂浓度），以及调节本发明中两个腔室体积比（即萃取器（4）和反萃取器（5）的腔室分别采用较大和较小的体积），即可获得较高的富集比（1000倍以上）。高富集比的实现和控制优于现有三相萃取装置（专利申请号：CN96197710.8、CN96197714.0、CN96197715.9、CN97180747.7等）。本发明对传统液液萃取两相平衡限制的突破，充分发挥了液膜的优势。高富集比的获取，是本发明装置在实际应用中与其他分离技术相比的一个主要竞争优势。

[0032] 此外，本发明中两个接触室中萃取相（2）作为分散相，并通过循环流动，可大大减少其用量或体积，并避免溶质在萃取相（2）的较大的累积。针对两种及以上溶质组分，还可利用萃取剂的选择性及液膜的动力学效应，可获得较高的不同溶质组分之间的分离选择性，使一部分溶质组分富集至反萃取相（3）中，其他部分溶质组分滞留在原料相（1）中，实现高选择性地分离富集。高富集比、高选择性及高稳定性等特点，使本发明装置在实际应用中具有明显的竞争优势。

[0033] 本发明应用范围较广，可应用于高浓度或低浓度、无机或有机溶质组分、单一或多元溶质的富集和分离过程。以下是其中两个实例。

[0034] 1. 利用本发明进行低浓度溶质组分的高效富集：将原料相（1）中的0.005 mg/L 低浓度Cd2+，富集至反萃取相（3）溶液中，富集倍数为100倍。结果表明，富集后浓度达到0.5 mg/L，Cd2+在萃取相（2）中残留较少，反萃取相（3）中的Cd2+回收率率非常接近100%。原料相（1）中的pH由最初的6.5降低至4.7，下降幅度不大，说明稳定性较好。假若稳定性差，反萃取相（3）中的反萃取剂会泄露至原料相（1）中，将导致原料相（1）中的pH变化较大及富集效率较低。详见实施例3及图3。

[0035] 2. 利用本发明进行水溶性有机物溶质组分的高效富集：去除和富集原料相（1）中的500 mg/L 较高的浓度苯酚, 富集倍数为50倍。结果表明，富集后的反萃取相（3）中苯酚浓度为23.88 g/L，苯酚的回收率为95.5%，达到了富集的目的；原料相（1）中的pH由最初的6.1升至7.2，升高幅度不大，说明稳定性较好。详见实施例4及图4。
附图说明

[0036] 图1 是本发明所述强制流动式准液膜萃取装置的第一种实施方式实施例1示意图。

[0037] 图2 是本发明所述强制流动式准液膜萃取装置的第二种实施方式实施例2示意图。

[0038] 图中：1-原料相；2-萃取相；3-反萃取相；4-萃取器；5-反萃取器；6-萃取相储罐；7、10、13-排气口；8、11、14-加料口；9、12、15-排液口；16：管路（连接4与5）；17：管路（连接5与
6）；18-萃取相泵；19-流量计。

[0039] 图3 是实施例3的实验结果。

[0040] 图4 是实施例4的实验结果。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述，但并不局限于所描述的内容。附图某些部件会有省略、放大或缩小，对于本领域技术人员来说是可以理解的。任何人在本发明的启示下，不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或类似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。其中，实施例1和2为本发明所述装置的两种实施方式，两者的结构差异是由于萃取相（2）与原料相（1）和反萃取相（3）之间的密度差异引起的。适当变换组合都在本方法保护范围之内，如仅将实施例1中的萃取器（4）用实施例2中的萃取器（4）替换的新组合。实施例3和4为利用本发明所述装置及其使用方法进行分离富集操作的两种实施方式。

[0042] 实施例1和2——本发明所述装置的实施例实施例1见图1：其中，原料相（1）和反萃取相（3）互溶或部分互溶，萃取相（2）的密度比原料相（1）和反萃取相（3）都小。萃取器（4）的为一圆柱体或长方体反应器；其中，反应器顶部有含阀门的排气口（7）、含阀门和加料斗的加料口（8）及萃取相（2）输出管路；反应器底部有含阀门的排液口（9）；萃取相（2）通过输入管路由容器底部进入，并由一分散装置将萃取相（2）鼓入容器中，分散在原料相（1）中接触传质；萃取相（2）与原料相（1）因密度差分相，然后萃取相（2）在容器顶部聚集并由顶部输出管路输出。萃取器（4）容器总容积为50 mL ~
10000 mL。反萃取器（5）与萃取器（4）构造类似，但萃取器（4）总容积是反萃取器（5）总容积的1倍 10000倍。萃取相储罐（6）为一圆柱体或长方体容器；类似的，排气口（13）和加料口~
（14）在容器顶部；排液口（15）在容器底部；萃取相（2）的输入口靠近容器底部，其输出口在输入口上方，靠近容器顶部。萃取器（4）与反萃取器（5）通过管路（16）连通，萃取相储罐（6）与萃取相强制流动系统的萃取相泵（18）连通，萃取相泵（18）与流量计（19）连通，并接着与萃取器（4）连通。连接管路上可含截止阀门或单向截止阀控制流体的流动，防止倒流。萃取相泵（18）的流量范为1 mL/min 1000 mL/min，可用蠕动泵、恒流泵、磁力泵等常用流体~
泵。萃取器（4）、反萃取器（5）、萃取相储罐（6）还可设置常规的取样部件或控温部件。

[0043] 实施例2见图2：其中，与实施例1不同之处在于：萃取相（2）的密度比原料相（1）和反萃取相（3）都大。这使得实施例2与实施例1产生相应的结构差异，详见图2。类似地，假如萃取相（2）的密度比原料相（1）大、比反萃取相（3）小，则需进行其他相应的变换：萃取器（4）采用如实施例2的构造，而反萃取器（5）采用如实施例1的构造，萃取相储罐（6）采用如实施例1的构造。

[0044] 实施例3和4——利用本发明所述装置及其使用方法进行分离富集操作的实施例使用实施例1所述装置进行分离富集操作，包括如下步骤：首先，装置的启动和富集过程是依次按发明内容所述的S1-S4步骤进行，并采用萃取相（2）在萃取器（4）、反萃取器（5）和萃取相储罐（6）间循环流动的模式。达到设定的萃取时间后，按S5-S7步骤进行静置分相和排液过程。

[0045] 其中，实施例3目的是利用本发明进行低浓度溶质组分的高效富集：将原料相（1）中的0.005 mg/L 低浓度Cd2+（《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的II-IV类水域镉的浓度限值），富集至反萃取相（3）溶液中，富集比要求为100倍，便于镉的分析检测。火焰原子吸收法测定镉的标准溶液浓度范围一般为0.05-1.0 mg/L。因此，0.005 mg/L浓度的模拟水环境样品富集100倍后，正好在标准溶液浓度范围之内。利用本发明的装置及其使用方法，采取萃取相（2）强制循环流动的操作模式，分别在1.5 h、2.5 h、3.5 h、4.5 h、5.5 h终止循环，并对反萃取相（3）取样分析。原料相（1）中的Cd2+经萃取相（2）逐步转移至反萃取相（3）中。结果表明（见图3），经过3.5 h以上的萃取，富集基本达到平衡。反萃取相（3）中平衡Cd2+浓度为0.5 mg/L, 表明Cd2+在萃取相（2）中残留较少，回收率非常接近100%，达到了高富集比、高收率的富集目的；原料相（1）中的pH由最初的6.5最低降低至4.7，下降幅度不大，表明反萃取相（3）中的氢离子被浃带至原料相（1）中的量较少，萃取系统稳定性较好。（实验条件：原料相（1）初始浓度[Cd2+] = 0.005 mg/L，初始pH = 6.5，原料相体积1120 mL；萃取相（2）萃取剂用量[P204] = 0.05% , v/v，溶剂为正庚烷，萃取相体积130 mL，萃取相流量25 mL/min；反萃取相（3）反萃取剂浓度[HNO3] = 0.01 mol/L，反萃取相体积11.2 mL，总时间5.5 h。注：水溶液的溶剂为超纯水。P204：二(2-乙基己基)磷酸酯）
其中，实施例4目的是利用本发明进行水溶性有机物溶质组分的高效富集：将原料相（1）中的500 mg/L 较高的浓度苯酚（模拟苯酚废水），富集至反萃取相（3）溶液中，富集倍数为50倍，实现苯酚的去除和富集。利用本发明的装置，并采用本发明所述的使用方法中萃取相（2）循环流动的操作模式，在不同时间点从原料相（1）中取样测定苯酚浓度（见图4）。经过
2 h的循环萃取，原料相（1）中的绝大部分苯酚经萃取相（2）转移至反萃取相（3）中。结果表明，富集后的反萃取相（3）中苯酚浓度为23.88 g/L, 苯酚在萃取相（2）中残留较少，反萃取相（3）中苯酚的回收率达95.5%，达到了苯酚的去除和富集目的；原料相（1）中的pH由6.1升至7.2，升高幅度不大，稳定性较好。（实验条件：原料相（1）初始浓度[苯酚] = 500 mg/L，初始pH = 6.1，原料相体积630 mL；萃取相（2）萃取剂用量[正辛醇] = 20% , v/v，溶剂为煤油，萃取相体积130 mL，萃取相流量40 mL/min；反萃取相（3）反萃取剂浓度[NaOH] = 2 mol/L，反萃取相体积12.6 mL，总时间2 h。）。

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一种强制流动式准液膜萃取分离富集装置及其使用方法

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