新型分離技術綜述.doc

新型分離技術摘 要隨著社會的發(fā)展，對分離技術的要求越來越高，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的應用和研究現(xiàn)狀進行了的闡述。關鍵詞：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，所有的純物質都逐漸變成混合物。分離技術是研究生產(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科，正是這種需求，推動了人們對新型分離技術不懈的探索。新型分離技術目前受到材料開發(fā)、生產(chǎn)成本及其他學科發(fā)展的限制，工業(yè)化應用程度還不高，但它們已經(jīng)在某些高新領域顯示出良好的分離性能和強勁的發(fā)展勢頭。目前新型分離技術主要包括：膜分離技術、膜技術-傳統(tǒng)技術的改進、傳統(tǒng)分離技術的新應用和反應-分離技術的耦合四個方面。下面對膜分離技術、新型萃取分離技術、新型生物膜法和分子蒸餾技術的應用和研究現(xiàn)狀進行闡述。1.膜分離技術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)厥庵圃斓摹⒕哂羞x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的不同成分進行分離、提純、濃縮的先進加工技術。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(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行，營養(yǎng)成分損失極少，特別適用于熱敏性物質；(2)膜分離過程多數(shù)不發(fā)生相變化，不用化學試劑和添加劑，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)中進行，被分離原料無色素分解和褐變反應，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進行物質分離，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)是在膜的滲透邊側形成真空，以膜的前后兩側的化學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行分離。主要特點是選擇分離系數(shù)高，傳質速率大，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、同分異構體的分離以及有機溶液中微量水的脫除等領域顯示出獨特的優(yōu)勢，極其在脫除水中微量有機物、有機物中水的脫除以及有機混合物的分離等方面展現(xiàn)出重要的應用前景。滲透蒸發(fā)是國外近年來發(fā)展起來的膜分離技術，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。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的化學家用一種叫做聚苯胺的能導電的有機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.新型萃取分離技術液液萃取具有悠久的歷史和廣泛的應用。但是，液液萃取過程中兩相密度差小、連續(xù)相黏度大、返混嚴重，這些對相際傳質十分不利。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)濟性和可靠性產(chǎn)生嚴重的影響。隨著科學技術的高速發(fā)展，作為一種“成熟”技術的液液萃取，正與超臨界流體萃取、雙水相萃取、膜分離等相關技術相互滲透，促進了液液萃取及其相關技術的發(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，當聚合物或無機鹽濃度達到一定值時，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，活性生物物質或細胞不易失活，可在常溫、常壓下進行，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,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行分離。SFE技術已走出實驗室進入規(guī)?；a(chǎn)階段,萃取產(chǎn)品種類不斷涌現(xiàn)。但大規(guī)模應用于工業(yè)生產(chǎn),還需研究SFE的熱力學特性和傳質規(guī)律,建立萃取系統(tǒng)的動態(tài)傳質模型,以預測并且要進一步探討萃取機理,開發(fā)萃取工藝,特別是探討溶劑、物料性質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,應用于工業(yè)生產(chǎn)的萃取設備還未實現(xiàn)規(guī)范化,配套性也不盡合理。對此,應以傳遞模型為基礎,建立設備放大的數(shù)學模型,以便工業(yè)設計,同時還應降低設備成本、以便利于推廣。2.3 反膠團萃取技術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)酵液或細胞培養(yǎng)液中連續(xù)提取目的產(chǎn)物的分離技術,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反膠團萃取方法,它具有成本低、選擇性高、操作方便、放大容易、萃取劑(反膠團相)可循環(huán)利用、蛋白質不易變性等優(yōu)點,在蛋白質混和物的分離、細胞內醇的直接提取、蛋白質的復性、從植物中同時提取油和蛋白質等方面有著重要的應用。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)品已為時不遠了,并較之其他的分離方法有更大的優(yōu)越性和經(jīng)濟合理性。3.新型生物膜法生物接觸氧化法、塔式生物濾池、生物轉盤以及生物流化床工藝是在經(jīng)典生物濾池的基礎上發(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物條件下,迅速繁殖起來,在載體填料介質表面形成由一層多種微生物(主要是細菌)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)的有機物, 并具有非常強的氧化能力。當生物膜與廢水接觸后,水中的有機物被微生物所吸附,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,當缺氧、厭氧層還不厚時, 它與好氧層保持一種平衡、穩(wěn)定關系。好氧層能夠保持良好的凈化功能,但當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系。這樣周而復始,生物膜不斷衰老脫落更新。因此,必須在其后設置固、液分離設施,使處理過的廢水與脫落生物膜分離。4.分子蒸餾技術分子蒸餾技術是運用不同物質分子運動自由行程的差別而實現(xiàn)物質的分離,因而能夠實現(xiàn)遠離沸點下的操作。鑒于其在高真空下運行,且因其特殊的結構型式,因而具備蒸餾壓強低、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,極好地保護熱敏性物質的品質。該項技術已廣泛應用于高純物質的提取,特別適用于天然物質的提取與分離。我國分子蒸餾技術的研究起步較晚, 50年代末期,國內引進分子蒸餾生產(chǎn)線,用于硬脂酸單甘