新型分離技術(shù)綜述.doc

新型分離技術(shù)摘 要隨著社會的發(fā)展，對分離技術(shù)的要求越來越高，不但希望采用更高效的節(jié)能、優(yōu)產(chǎn)的方法，而且希望所采用的過程與環(huán)境友好。本文主要分別對分子蒸餾、新型萃取分離、新型生物膜法、膜分離等新型分離技術(shù)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了的闡述。關(guān)鍵詞：分子蒸餾；新型萃取分離；新型生物膜法；膜分離世界萬物都是由有序自發(fā)地走向無序，所有的純物質(zhì)都逐漸變成混合物。分離技術(shù)是研究生產(chǎn)過程中混合物的分離、產(chǎn)物的提純或純化的一門新型學(xué)科，正是這種需求，推動了人們對新型分離技術(shù)不懈的探索。新型分離技術(shù)目前受到材料開發(fā)、生產(chǎn)成本及其他學(xué)科發(fā)展的限制，工業(yè)化應(yīng)用程度還不高，但它們已經(jīng)在某些高新領(lǐng)域顯示出良好的分離性能和強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。目前新型分離技術(shù)主要包括：膜分離技術(shù)、膜技術(shù)-傳統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)、傳統(tǒng)分離技術(shù)的新應(yīng)用和反應(yīng)-分離技術(shù)的耦合四個方面。下面對膜分離技術(shù)、新型萃取分離技術(shù)、新型生物膜法和分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。1.膜分離技術(shù)借助于具有分離性能的膜而實現(xiàn)分離的過程稱為膜分離過程。由于膜分離過程一般沒有相變，既節(jié)約能耗，又適用于熱敏性物料的處理，因而在生物、食品、醫(yī)藥、化工、水處理過程中備受歡迎。膜分離是利用一張?zhí)厥庵圃斓?、具有選擇透過性能的薄膜，在外力推動下對液相或者氣相混合物內(nèi)的不同成分進(jìn)行分離、提純、濃縮的先進(jìn)加工技術(shù)。根據(jù)膜分離過程的不同特征可分為微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、滲透蒸發(fā)(PV)、滲析(D)、電滲析(ED)、電去離子技術(shù)(EDI)和氣體分離(Gs)等過程，膜分離過程的優(yōu)勢特征：(1)膜分離過程通常在常溫下進(jìn)行，營養(yǎng)成分損失極少，特別適用于熱敏性物質(zhì)；(2)膜分離過程多數(shù)不發(fā)生相變化，不用化學(xué)試劑和添加劑，無二次污染，能耗低，并具有冷殺菌優(yōu)勢，且分離效率高；(3)膜分離過程在密閉的系統(tǒng)中進(jìn)行，被分離原料無色素分解和褐變反應(yīng)，所以揮發(fā)性成分損失極少，可保持原有的芳香；(4)膜分離過程可在分子級內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)分離，適用于許多特殊溶液體系的分離，具有普通濾材無法取代的卓越性能；(5)膜分離多以壓力作為推動力，故分離裝置簡單，易連續(xù)操作自控，維修方便，膜組件可單獨使用也可聯(lián)合使用，工藝簡單，容易實現(xiàn)自動化操作和高級加工。下面主要介紹兩種新型膜分離技術(shù)滲透蒸發(fā)(PV)和氣體分離(Gs)。1.1 滲透蒸發(fā)(PV)滲透蒸發(fā)是在膜的滲透邊側(cè)形成真空，以膜的前后兩側(cè)的化學(xué)位差為推動力伴隨著相變，由膜選擇吸附及在膜中滲透速率不同而進(jìn)行分離。主要特點是選擇分離系數(shù)高，傳質(zhì)速率大，熱效率高，操作簡單，耗能少，易于實施，不需要加壓等。在傳統(tǒng)分離手段難以處理的共沸物、沸點相近的物系、同分異構(gòu)體的分離以及有機(jī)溶液中微量水的脫除等領(lǐng)域顯示出獨特的優(yōu)勢，極其在脫除水中微量有機(jī)物、有機(jī)物中水的脫除以及有機(jī)混合物的分離等方面展現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景。滲透蒸發(fā)是國外近年來發(fā)展起來的膜分離技術(shù)，用于他離沸點相近或形成共沸的液體混合物 ，同傳統(tǒng)的分離方法相比，具有操作簡單、能耗小、生產(chǎn)成本低、無三廢等優(yōu)點，節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。1.2氣體分離(Gs)氣體分離膜是近年來發(fā)展很快的一項新技術(shù)。不同的高分子膜對不同種類的氣體分子的透過率和選擇性不同，因而可以從氣體混合物中選擇分離某種氣體。如從空氣中收集氧，從合成氨尾氣中回收氫，從石油裂解的混合氣中分離氫、一氧化碳等。美國洛杉磯加州大學(xué)的化學(xué)家用一種叫做聚苯胺的能導(dǎo)電的有機(jī)材料制作出一種薄膜。這種聚合物能摻入帶電的原子，利用摻雜劑的含量來改變薄膜的滲透性。在通過這種薄膜時，氧比氮快，二氧化碳比甲烷快，氫比氮更快，因此用這種薄膜制取的氧氣和氮氣成本低。它們還可能用于消除汽車和工業(yè)排出廢氣中的污染物。目前，氣體分離膜的研究主要集中在富氧膜。作為富氧膜的高分子，要求兼具高透過性和高選擇性。若以富氧的空氣代替普通空氣，將大大提高各種燃燒裝置的效率，并可減少公害。國外還在開發(fā)一種水下呼吸器，它是一種直接從海水中提取溶解氧的潛水裝置。其使用方法是把能運載氧的人的血紅素浸在聚胺酯海綿中，當(dāng)血紅素吸收海水中的氧后，通過弱電流使氧放出，以供水中呼吸之用。2.新型萃取分離技術(shù)液液萃取具有悠久的歷史和廣泛的應(yīng)用。但是，液液萃取過程中兩相密度差小、連續(xù)相黏度大、返混嚴(yán)重，這些對相際傳質(zhì)十分不利。另外，兩相具有一定程度的互溶性，易造成溶劑損失和二次污染，溶劑再生也對過程的經(jīng)濟(jì)性和可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，作為一種“成熟”技術(shù)的液液萃取，正與超臨界流體萃取、雙水相萃取、膜分離等相關(guān)技術(shù)相互滲透，促進(jìn)了液液萃取及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。2.1 雙水相萃取雙水相系統(tǒng)由兩種高聚物或者幾種高聚物與無機(jī)鹽水溶液組成，由于高聚物之間或聚合物與鹽之間的不相容性，當(dāng)聚合物或無機(jī)鹽濃度達(dá)到一定值時，就會形成不互溶的兩個水相，兩相中水分所占比例在85%-95%范圍，被萃取物在兩個水相之間分配。雙水相系統(tǒng)中兩相密度和折射率差別較小，相界面張力小，兩相易分散，活性生物物質(zhì)或細(xì)胞不易失活，可在常溫、常壓下進(jìn)行，易于連續(xù)操作，具有處理量大等優(yōu)點，備受工業(yè)界的關(guān)注。2.2 超臨界流體萃取超臨界流體萃取(SFE)是新型的提取技術(shù),它以超臨界條件下的氣體作為萃取劑,從液體或固體中萃取出某些成分并進(jìn)行分離。SFE技術(shù)已走出實驗室進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)階段,萃取產(chǎn)品種類不斷涌現(xiàn)。但大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),還需研究SFE的熱力學(xué)特性和傳質(zhì)規(guī)律,建立萃取系統(tǒng)的動態(tài)傳質(zhì)模型,以預(yù)測并且要進(jìn)一步探討萃取機(jī)理,開發(fā)萃取工藝,特別是探討溶劑、物料性質(zhì)對萃取過程及對食品物料大分子以提高萃取率和產(chǎn)品度。目前,應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的萃取設(shè)備還未實現(xiàn)規(guī)范化,配套性也不盡合理。對此,應(yīng)以傳遞模型為基礎(chǔ),建立設(shè)備放大的數(shù)學(xué)模型,以便工業(yè)設(shè)計,同時還應(yīng)降低設(shè)備成本、以便利于推廣。2.3 反膠團(tuán)萃取技術(shù)為使許多高附加值生物工程產(chǎn)品實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),急需開發(fā)從發(fā)酵液或細(xì)胞培養(yǎng)液中連續(xù)提取目的產(chǎn)物的分離技術(shù),以減少對產(chǎn)品生物活性的影響,并保證產(chǎn)品的純度。一種新的生化分離技術(shù)反膠團(tuán)萃取方法,它具有成本低、選擇性高、操作方便、放大容易、萃取劑(反膠團(tuán)相)可循環(huán)利用、蛋白質(zhì)不易變性等優(yōu)點,在蛋白質(zhì)混和物的分離、細(xì)胞內(nèi)醇的直接提取、蛋白質(zhì)的復(fù)性、從植物中同時提取油和蛋白質(zhì)等方面有著重要的應(yīng)用。隨著研究的不斷深入,相信該分離方法為人類提供生化產(chǎn)品已為時不遠(yuǎn)了,并較之其他的分離方法有更大的優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)合理性。3.新型生物膜法生物接觸氧化法、塔式生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤以及生物流化床工藝是在經(jīng)典生物濾池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型生物膜法。新型生物膜法就是利用好氧微生物在有充足的氧氣和豐富的有機(jī)物條件下,迅速繁殖起來,在載體填料介質(zhì)表面形成由一層多種微生物(主要是細(xì)菌)組成的生物膜。生物膜具有很大的表面積,大量吸附廢水中呈多種狀態(tài)的有機(jī)物, 并具有非常強(qiáng)的氧化能力。當(dāng)生物膜與廢水接觸后,水中的有機(jī)物被微生物所吸附,并獲得迅速地氧化分解, 從而使廢水得到凈化。生物膜表面吸氧充分、好氧層生長活躍,當(dāng)缺氧、厭氧層還不厚時, 它與好氧層保持一種平衡、穩(wěn)定關(guān)系。好氧層能夠保持良好的凈化功能,但當(dāng)缺氧層向厭氧層過渡并逐漸增厚,其增多的代謝產(chǎn)物在向外側(cè)逸出時,必然要穿透好氧層,從而破壞了好氧層生態(tài)系的穩(wěn)定性,使好氧、缺氧、厭氧層之間失去了平衡關(guān)系。這樣周而復(fù)始,生物膜不斷衰老脫落更新。因此,必須在其后設(shè)置固、液分離設(shè)施,使處理過的廢水與脫落生物膜分離。4.分子蒸餾技術(shù)分子蒸餾技術(shù)是運用不同物質(zhì)分子運動自由行程的差別而實現(xiàn)物質(zhì)的分離,因而能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)離沸點下的操作。鑒于其在高真空下運行,且因其特殊的結(jié)構(gòu)型式,因而具備蒸餾壓強(qiáng)低、受熱時間短、分離程度高等特點,能大大降低高沸點物料的分離成本,極好地保護(hù)熱敏性物質(zhì)的品質(zhì)。該項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于高純物質(zhì)的提取,特別適用于天然物質(zhì)的提取與分離。我國分子蒸餾技術(shù)的研究起步較晚, 50年代末期,國內(nèi)引進(jìn)分子蒸餾生產(chǎn)線,用于硬脂酸單甘