基于液液萃取的富集装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学领域，具体地，涉及样品富集装置和对样品进行富集的方法。
【背景技术】
[0002]液液萃取工艺在石油工业、生物化工、精细化工、冶金和材料等领域有着广泛的应用。常见的萃取设备有填料塔、筛板塔、离心萃取塔和混合澄清槽等，但在这些传统的萃取设备中，由于两相的分散尺寸较大，导致两相的接触面积较小，传质速率较低，需要较长的停留时间才能达到萃取平衡，造成萃取设备体积较大。为了强化液液相间萃取，近年来新发展起来的微通道技术越来越受到人们的重视，由于微通道中的液液微米尺度分散相较于传统化工设备中的毫米尺度分散大大减小，传质距离大大缩短，比表面积大大增加，从而传质过程得到了很大的强化，具有高效、节能、可控的优势。
[0003]然后，在一些特殊的萃取体系中，需要将低浓度的溶质富集。例如水中污染物的监测分析、生命体内物质监测、食品中微量元素的检测等，由于溶质本身浓度很低，需要将溶质提纯富集到高浓度以便于检测，一方面可以提高检测的灵敏度，另一方面只用极少量的溶剂实现富集，节约了萃取剂的用量。再如稀土元素萃取、核素萃取等，由于萃取动力学限制，传统的萃取工艺往往很难完成90%以上的萃取效率，因此会残留低浓度的溶质在萃余相中，造成资源浪费和环境污染，对于这种低浓度溶质的富集萃取是很有必要的。这样的富集过程液液两相体积比(相比)往往大于20，这样的极端相比下的萃取过程无论是传统方法还是微通道中的液液分散萃取都很难达到理想的萃取效果，这主要是因为极端相比下两相的分散效果较差、传质面积较小、传质距离较长。
[0004]因此，萃取富集的方法有待改进。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用微米尺度中空液滴结构强化极端相比下基于液液萃取的富集装置和方法。
[0006]根据本发明的一个方面，本发明提供了一种基于液液萃取的富集装置。根据本发明的实施例，该装置包括:第一液体进料线路，用于输送第一液体，其中，所述第一液体包括待富集的样品；第二液体进料线路，用于输送第二液体；气体进料线路，用于输送气体；中空液滴形成单元，所述中空液滴形成单元分别与所述第一液体进料线路、所述第二液体进料线路以及气体进料线路相连，并且用于在所述第一液体中基于所述第二液体和所述气体形成中空液滴；萃取管路，所述萃取管路与所述中空液滴形成单元相连，并且在所述萃取管路中，所述中空液滴与所述第一液体之间发生传质反应，进行液液萃取，以便使所述第一液体中的所述样品进入所述中空液滴的第二液体中，形成含有所述样品的中空液滴；排气管路，所述排气管路设置在所述萃取管路上远离所述中空液滴形成单元的一端，用于从所述萃取管路排出所述含有所述样品的中空液滴；富集样品收集室，所述富集样品收集室与所述萃取管路远离所述排气管路的一端相连，用于收集所述样品被富集的所述第二液体。
[0007]根据本发明实施例的富集装置，利用中空液滴与第一液体之间发生传质反应，进行液液萃取，中空液滴的比表面积大，第一液体和第二液体传质距离短，可以在极短的萃取时间达到的萃取平衡。并且，本发明的装置，结构简单、制作方便、不易堵塞，同时气体的加入对于在排气管路中第一液体和第二液体的相分离过程有着强化作用，更容易实现两液相的分离。
[0008]另外，根据本发明上述实施例的基于液液萃取的富集装置还可以具有如下附加的技术特征:
[0009]根据本发明的实施例，所述中空液滴形成单元包括:混合管路，第一液体供给管路，所述第一液体供给管路与所述混合管路相连，用于向所述混合管路中供给所述第一液体；第二液体供给管路，所述第二液体供给管路与所述混合管路相连，用于向所述混合管路中供给所述第二液体；气体供给管路，所述气体供给管路与所述混合管路相连，用于向所述混合管路中供给所述气体，其中，所述气体供给管路嵌套设置在所述第二液体供给管路内，以便在所述混合管路内，在所述第一液体中基于所述第二液体和所述气体形成中空液滴。
[0010]根据本发明的实施例，所述气体供给管路、所述第二液体供给管路和所述萃取管路同轴。
[0011]根据本发明的实施例，该富集装置包括:两个第一液体进料线路；所述第一液体供给管路上限定出上供给段和下供给段，所述上供给段与所述两个第一液体进料线路的一个相连，所述下供给段与所述两个第一液体进料线路的另一个相连，其中，所述第二液体供给管路和所述气体供给管路贯穿所述第一液体供给管路进入所述混合管路。
[0012]根据本发明的实施例，所述第一液体供给管路与所述混合管路垂直设置。
[0013]根据本发明的实施例，所述第二液体供给管路和所述气体供给管路贯穿所述第一液体供给管路上所述上供给段与所述下供给段结合处进入所述混合管路。
[0014]根据本发明的实施例，所述第二液体供给管路和所述气体供给管路进入所述混合管路的长度均为至多I厘米。
[0015]根据本发明的实施例，所述气体供给管路出口处和所述第二液体供给管路出口处的直径的比为1:10。
[0016]根据本发明的实施例，所述气体供给管路出口处的直径为10-50 μπι，所述第二液体供给管路出口处的直径为100-500 μπι。
[0017]根据本发明的另一方面，本发明提供了一种基于液液萃取的富集方法。该方法包括:在第一液体中形成中空液滴，所述中空液滴是基于气体和第二液体形成的，其中，所述第一液体包括待富集的样品；使所述第一液体与所述中空液滴之间发生传质反应，进行液液萃取，以便使所述第一液体中的所述样品进入所述中空液滴，形成含有所述样品的中空液滴；以及使所述含有所述样品的中空液滴与所述第一液体分离，以便获得所述样品经过富集的第二液体。
[0018]根据本发明实施例的富集方法，利用中空液滴与第一液体之间发生传质反应，进行液液萃取，中空液滴的比表面积大，第一液体和第二液体传质距离短，可以在极短的萃取时间达到的萃取平衡。
[0019]根据本发明的实施例，所述方法是利用前述的装置进行的，所述方法包括:利用第一液体进料线路输送第一液体，利用第二液体进料线路输送第二液体，利用气体进料线路输送气体，其中，所述第一液体中含有待富集的样品；利用中空液滴形成单元在所述第一液体中基于所述第二液体和所述气体形成中空液滴；所述中空液滴与所述第一液体之间发生传质反应在萃取管路中流动，所述中空液滴与所述第一液体之间发生传质反应，以便使所述第一液体中的所述样品进入所述中空液滴的所述第二液体中，形成含有所述样品的中空液滴；利用排气管路从所述萃取管路排出所述含有所述样品的中空液滴；以及利用富集样品收集室收集所述样品被富集的所述第二液体。
[0020]根据本发明的实施例，所述第一液体以流量为100-2000 μ L/min提供的，所述第二液体以流量为5-100 μ L/min提供的。
[0021]根据本发明的实施例，所述气体以流量为100-2000 μ L/min提供的。
[0022]根据本发明的实施例，所述中空液滴的直径为50 μm-1000 μm。<