支撐式液膜程序之不穩定性機制：即時分析技術之建立與應用

全球性的環境和能源危機，使得社會對工業製程或廢水中重金屬離子分離和資源化非常重視。目前冶金廢水處理、貴重金屬提取、稀土元素分離與純化的方法主要有樹脂或活性炭吸附、離子交換、電解、化學沉澱、溶劑萃取、鐵屑置換等；這些方法存有出水水質較差、二次污染、設備體積大等缺點。支撐式液膜(supported liquid membrane, SLM)是一種結合膜材料與溶劑萃取體系的高效率分離技術，與其他方法相比，具有低成本（例如所需之液膜相體積很小）、低能耗和質傳阻力低等優點，它能夠有效地將重金屬離子進行分離和純化，達到廢棄物的資源化目的，從根本上解決重金屬對生存環境危害的最優技術。在能源領域，SLM技術提取鋰離子，可以避免大量萃取劑的使用，設備簡單，可以實現無洩漏，具有明顯優勢。然而，SLM在使用過程中，溶劑與萃取載體從多孔支撐體中流失以及多孔膜材料在有機相載體中不穩定，導致SLM通量的衰減或選擇性降低，表現較為不穩定，迄今尚未有工業化的案例。因此，為解決SLM操作過程不穩定的問題，有必要對造成不穩定的機制進行探討，最好達到現場監控的要求。本計畫嘗試利用電化學阻抗光譜(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)進行相關的探討與分析，主要因為此方式具有高的數據準確性及即時分析監測的可行性。本三年期計畫選擇酚、銅離子或乳酸等為待分離溶質，第一年先嘗試液膜相含載劑與有機溶劑之傳統SLM系統，第二年液膜相改為含離子液體之SLM系統（或稱為支撐式離子液膜），最後根據前二年對不穩定機制之瞭解，第三年嘗試以電漿聚合表面塗層(plasma polymerization surface coating)技術改良支撐膜材，以期根本解決此問題。基本上，SLM程序在分離的過程中，並不會在表面形成擴散極化，也無類似超過濾操作所生成薄的表層(skin layer)及相對厚的下層(sublayer)，因此考慮支撐膜造成的阻抗變化即可，只要測定不同頻率下之電容(capacitance)及電導度(conductance)，即可推算SLM之膜電阻(resistance)。由於剪切力誘導的乳化作用、支撐孔被水相潤濕、膜材料無法長時間受有機溶劑的化學及物理侵蝕與液膜溶解性等，被認為是導致液膜相流失最主要的原因，因此有必要時，將人為改變實驗條件，觀察造成各種不穩定性因素下之阻抗變化情形，例如在進料液中添加鹽類或界面活性劑等。此外，本計畫除了希望獲得SLM程序之阻抗與時間的變化資訊外，也希望經由適當的質傳模式分析濃度之時間變化，以獲得質傳係數，藉此進行關聯性分析(correlation analysis)。預期本計畫之執行，可得知電化學阻抗光譜技術即時分析SLM程序不穩定機制之應用潛力與限制。

系統編號:PB10401-0605
原計畫編號:NSC102-2221-E182-076-MY3