基于液液萃取的富集裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學領域，具體地，涉及樣品富集裝置和對樣品進行富集的方法。
【背景技術】
[0002]液液萃取工藝在石油工業(yè)、生物化工、精細化工、冶金和材料等領域有著廣泛的應用。常見的萃取設備有填料塔、篩板塔、離心萃取塔和混合澄清槽等，但在這些傳統(tǒng)的萃取設備中，由于兩相的分散尺寸較大，導致兩相的接觸面積較小，傳質(zhì)速率較低，需要較長的停留時間才能達到萃取平衡，造成萃取設備體積較大。為了強化液液相間萃取，近年來新發(fā)展起來的微通道技術越來越受到人們的重視，由于微通道中的液液微米尺度分散相較于傳統(tǒng)化工設備中的毫米尺度分散大大減小，傳質(zhì)距離大大縮短，比表面積大大增加，從而傳質(zhì)過程得到了很大的強化，具有高效、節(jié)能、可控的優(yōu)勢。
[0003]然后，在一些特殊的萃取體系中，需要將低濃度的溶質(zhì)富集。例如水中污染物的監(jiān)測分析、生命體內(nèi)物質(zhì)監(jiān)測、食品中微量元素的檢測等，由于溶質(zhì)本身濃度很低，需要將溶質(zhì)提純富集到高濃度以便于檢測，一方面可以提高檢測的靈敏度，另一方面只用極少量的溶劑實現(xiàn)富集，節(jié)約了萃取劑的用量。再如稀土元素萃取、核素萃取等，由于萃取動力學限制，傳統(tǒng)的萃取工藝往往很難完成90%以上的萃取效率，因此會殘留低濃度的溶質(zhì)在萃余相中，造成資源浪費和環(huán)境污染，對于這種低濃度溶質(zhì)的富集萃取是很有必要的。這樣的富集過程液液兩相體積比(相比)往往大于20，這樣的極端相比下的萃取過程無論是傳統(tǒng)方法還是微通道中的液液分散萃取都很難達到理想的萃取效果，這主要是因為極端相比下兩相的分散效果較差、傳質(zhì)面積較小、傳質(zhì)距離較長。
[0004]因此，萃取富集的方法有待改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種利用微米尺度中空液滴結構強化極端相比下基于液液萃取的富集裝置和方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種基于液液萃取的富集裝置。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該裝置包括:第一液體進料線路，用于輸送第一液體，其中，所述第一液體包括待富集的樣品；第二液體進料線路，用于輸送第二液體；氣體進料線路，用于輸送氣體；中空液滴形成單元，所述中空液滴形成單元分別與所述第一液體進料線路、所述第二液體進料線路以及氣體進料線路相連，并且用于在所述第一液體中基于所述第二液體和所述氣體形成中空液滴；萃取管路，所述萃取管路與所述中空液滴形成單元相連，并且在所述萃取管路中，所述中空液滴與所述第一液體之間發(fā)生傳質(zhì)反應，進行液液萃取，以便使所述第一液體中的所述樣品進入所述中空液滴的第二液體中，形成含有所述樣品的中空液滴；排氣管路，所述排氣管路設置在所述萃取管路上遠離所述中空液滴形成單元的一端，用于從所述萃取管路排出所述含有所述樣品的中空液滴；富集樣品收集室，所述富集樣品收集室與所述萃取管路遠離所述排氣管路的一端相連，用于收集所述樣品被富集的所述第二液體。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實施例的富集裝置，利用中空液滴與第一液體之間發(fā)生傳質(zhì)反應，進行液液萃取，中空液滴的比表面積大，第一液體和第二液體傳質(zhì)距離短，可以在極短的萃取時間達到的萃取平衡。并且，本發(fā)明的裝置，結構簡單、制作方便、不易堵塞，同時氣體的加入對于在排氣管路中第一液體和第二液體的相分離過程有著強化作用，更容易實現(xiàn)兩液相的分離。
[0008]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的基于液液萃取的富集裝置還可以具有如下附加的技術特征:
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述中空液滴形成單元包括:混合管路，第一液體供給管路，所述第一液體供給管路與所述混合管路相連，用于向所述混合管路中供給所述第一液體；第二液體供給管路，所述第二液體供給管路與所述混合管路相連，用于向所述混合管路中供給所述第二液體；氣體供給管路，所述氣體供給管路與所述混合管路相連，用于向所述混合管路中供給所述氣體，其中，所述氣體供給管路嵌套設置在所述第二液體供給管路內(nèi)，以便在所述混合管路內(nèi)，在所述第一液體中基于所述第二液體和所述氣體形成中空液滴。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述氣體供給管路、所述第二液體供給管路和所述萃取管路同軸。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該富集裝置包括:兩個第一液體進料線路；所述第一液體供給管路上限定出上供給段和下供給段，所述上供給段與所述兩個第一液體進料線路的一個相連，所述下供給段與所述兩個第一液體進料線路的另一個相連，其中，所述第二液體供給管路和所述氣體供給管路貫穿所述第一液體供給管路進入所述混合管路。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一液體供給管路與所述混合管路垂直設置。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第二液體供給管路和所述氣體供給管路貫穿所述第一液體供給管路上所述上供給段與所述下供給段結合處進入所述混合管路。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第二液體供給管路和所述氣體供給管路進入所述混合管路的長度均為至多I厘米。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述氣體供給管路出口處和所述第二液體供給管路出口處的直徑的比為1:10。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述氣體供給管路出口處的直徑為10-50 μπι，所述第二液體供給管路出口處的直徑為100-500 μπι。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種基于液液萃取的富集方法。該方法包括:在第一液體中形成中空液滴，所述中空液滴是基于氣體和第二液體形成的，其中，所述第一液體包括待富集的樣品；使所述第一液體與所述中空液滴之間發(fā)生傳質(zhì)反應，進行液液萃取，以便使所述第一液體中的所述樣品進入所述中空液滴，形成含有所述樣品的中空液滴；以及使所述含有所述樣品的中空液滴與所述第一液體分離，以便獲得所述樣品經(jīng)過富集的第二液體。
[0018]根據(jù)本發(fā)明實施例的富集方法，利用中空液滴與第一液體之間發(fā)生傳質(zhì)反應，進行液液萃取，中空液滴的比表面積大，第一液體和第二液體傳質(zhì)距離短，可以在極短的萃取時間達到的萃取平衡。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述方法是利用前述的裝置進行的，所述方法包括:利用第一液體進料線路輸送第一液體，利用第二液體進料線路輸送第二液體，利用氣體進料線路輸送氣體，其中，所述第一液體中含有待富集的樣品；利用中空液滴形成單元在所述第一液體中基于所述第二液體和所述氣體形成中空液滴；所述中空液滴與所述第一液體之間發(fā)生傳質(zhì)反應在萃取管路中流動，所述中空液滴與所述第一液體之間發(fā)生傳質(zhì)反應，以便使所述第一液體中的所述樣品進入所述中空液滴的所述第二液體中，形成含有所述樣品的中空液滴；利用排氣管路從所述萃取管路排出所述含有所述樣品的中空液滴；以及利用富集樣品收集室收集所述樣品被富集的所述第二液體。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一液體以流量為100-2000 μ L/min提供的，所述第二液體以流量為5-100 μ L/min提供的。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述氣體以流量為100-2000 μ L/min提供的。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述中空液滴的直徑為50 μm-1000 μm。<