元素周期表中镧系的15个元素，即镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，与钪、钇两种元素称为稀土元素。稀土化合物由于独特的化学性质和电子结构，具备优异的光、电、磁等性能，故而广泛应用于超导、储氢、催化等多个行业和领域。值得一提的是稀土材料还是一种重要的战略资源，在航空航天及国防军工领域有着重要的应用。我国稀土矿产资源分布广泛，且种类丰富齐全，稀土总储量占世界储量的80%。虽然我国稀土资源丰富且占据世界稀土资源的巨大市场与份额，但过量的开采消耗付出了很沉重的环境代价。稀土开采过程中的酸沉、浸出等流程会产生大量富含低浓度稀土离子等污染物的废水，该部分废水若排放进入地下水体或河流，会对生态环境和人民的身体健康造成严重的影响。且稀土属于不可再生资源，因此对浸出、酸沉等流程产生的废水中的稀土离子进行富集回收既有利于环境保护又能实现资源的循环使用。

沉淀法是回收废水中稀土离子的重要手段，目前应用最为普遍和广泛。但该方法处理水体量较大的低浓度稀土浸出液时需要消耗大量沉淀剂，因此回收成本高，且该法处理周期长、选择性差。相比于沉淀法，溶剂萃取法由于处理通量大、效率高、操作简单等特点具备萃取回收低浓度稀土离子的潜在优势。近年来萃取设备无论是在模型化还是在实际应用领域均发展迅速，混合澄清槽、萃取塔、离心萃取器等是工业上广泛关注和使用的萃取设备。浸出、酸沉等工序产生的废水特点是稀土离子浓度低、待处理量大，因而大相比下的操作方可实现稀土离子萃取回收的目标。而传统的萃取技术和设备在大相比操作时存在溶剂夹带损失严重、萃取效率低、易乳化等弊端，无法实现萃取率高于90%以及富集倍数高于100的目标。因此，新型高效萃取设备和技术的开发是解决这一问题的关键所在。

气液液微分散技术成为近年来微流控、微化工、微分析等领域的重要研究内容。已有的关于气液液微分散技术的研究结果表明该技术在材料制备、反应和分离等方面体现出了独特的优势，有望为传统萃取过程中反应慢、分相时间长等问题的有效解决提供一条新思路。气液液微分散萃取的基本原理是在气泡外层包覆有机萃取剂并进一步应用于低浓度稀土离子的萃取过程。在该过程中气体的引入有两个独特优势：一是中空微液滴的形成增大了传质比表面积，加快反应速率；二是与油滴相比中空微液滴的密度大大减小，因此可加速分相。本文将介绍气液液微分散体系的微流控制备方法和调控规律、多相微分散体系的流型、气液液微分散萃取技术在稀土离子萃取回收领域的应用及其过程放大研究方面的最新进展。

1、气液液微分散乳液体系的微流控制备

气液液微分散体系的可控制备是后续应用的基础和前提，气液液三相流通常可采用单一微分散结构或组合微分散结构的微通道来制备。图1和图2分别是单一和组合微分散结构的代表，前者通常包括十字形、双重同轴环管型微通道等；后者通常包括双T形、双十字形微通道等。以十字形微通道为例，气液液三相流的制备如下：水、油、气三相在泵的输送下经3个进料口汇集于十字形通道的交叉处，在出口管中浸润通道壁面的一相作为连续相，另外两相在各自惯性力和黏性力的作用下克服界面张力的束缚发生破碎并以液滴或者气泡的形式分散在连续相之中。单一和组合微分散结构的通道各具特色，前者的优势是通道制作简单，易加工；后者的优势是利于调控且流体可多股加入，具体通道结构的选择需综合考虑操作条件、物性参数及反应体系等多方面因素。

图1单一微分散结构的微通道制备气液液微分散体系

图2组合微分散结构的微通道制备气液液微分散体系

2、气液液三相流流型调控

上述不同类型的微通道中所形成的流型也是学者们重点关注的内容。在材料制备领域，流型是决定合成材料结构的关键因素且直接影响着材料的相关性能；在过程强化领域，不同流型的强化效果差别较大，选择并调控合适的流型是重中之重；在三相反应中，流型可决定反应的转化率和选择性，是需要优化的重要参数之一。相比于两相体系，三相体系由于流体间更为复杂的相互作用及更高的自由度而呈现出了更多的流动形态（图3）。如Su等在十字形微通道中成功调控出液滴气泡间隔排列的气液液三相流。Xu等基于同轴环管微设备实现了气液液双乳液的可控制备，并揭示了流量和界面张力等因素对双乳液结构的影响。Wang等在双T形通道内通过调节操作条件可控制备了“水包油包气”和“含有气泡的液液平行流”两种结构。Rajesh等通过观察液滴气泡的形状及位置关系定义了“气柱-液柱”“弹状-液滴”“液柱-双气弹”等流型。除了实验手段Rajesh等借助VOF数值模拟方式从机理上揭示了气液液三相流的流动规律，归纳了不同Ca和We范围内的流型特征和规律。此外，Yang等通过传质引发相分离的方法成功调控出气液液双乳液，该方法能实现更大范围内气泡直径尺寸和液膜厚度的调节。

图3微通道中气液液三相流型

气液液微分散体系的微流控制备方法及在稀土离子萃取领域的应用（上）

气液液微分散体系的微流控制备方法及在稀土离子萃取领域的应用（下）