新型分離技術(shù)

新型分離技術(shù)第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六(1)《分離科學與技術(shù)》,胡之德編,四川科技出版社(2)《現(xiàn)化分離技術(shù)》,尹芳華等編著，化學工業(yè)出版社(3)《現(xiàn)代分離科學理論導引》，耿信篤著,

高等教育出版社(4)《超臨界流體萃取》，張鏡澄主編，化學工業(yè)出版社(5)《反滲透－膜技術(shù)·水化學和工業(yè)應用》，殷琦譯，化學工業(yè)出版社(6)《吸附分離技術(shù)》，馮孝庭主編，化學工業(yè)出版社(7)《膜分離技術(shù)》，劉茉娥等編，化學工業(yè)出版社教材及主要參考書參考教材：現(xiàn)代分離方法與技術(shù)化學工業(yè)出版社

(丁明玉等編著)2006第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六第一章緒論1.1分離科學及其研究內(nèi)容1.1.1分離(separation)

利用混合物中各組分在物理或化學性質(zhì)上的差異，通過適當?shù)难b置或方法，使各組分分配到不同的空間或按不同的時間分配到同一空間的過程。通俗地講，就是將某種或某類物質(zhì)從復雜的混合物中分離出來，以相對純的形式存在。第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（1）組分離（族分離）和單一分離組分離：分離一類組分，例如：某種中藥中起藥效組分分離；天然香料中揮發(fā)油的分離；石油煉制中輕油和重油的分離。單一分離：將某種化合物以純物質(zhì)的形式從混合物中分離出來，如：工業(yè)上純物質(zhì)的制備；化學標準品的制備、藥物對映異構(gòu)體的分離等。包括多組分相互分離、特定組分分離、部分分離等。單一分離往往是以組分離為基礎(chǔ)的，多種分離方法多次應用。第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（2）富集、濃縮和純化富集（enchichment)

：目的往往是分析而不是分離。使樣品中目標組分的濃度升高，提高儀器的檢測靈敏度。富集也是一種分離，借助于分離手段。濃縮（concentraction)：將溶液中的溶劑蒸發(fā)掉，使溶液中溶質(zhì)的濃度提高的過程，富集過程常包含濃縮。純化（Purification)：通過分離操作目標產(chǎn)物的純度提高，尤其是去除雜質(zhì)得到純凈化合物的過程。Purity(純度）：主要成分的含量或雜質(zhì)的含量。第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.1.2分離科學（SeparationScience)研究從混合物中分離、富集或純化某些組分，以獲得相對純物質(zhì)的規(guī)律及其應用的一門學科。研究將混合物中某個或某些組分的含量提高以至獲得純化合物的分離方法、技術(shù)及規(guī)律的科學。第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.1.3分離的目的（1）分析前樣品處理：檢測靈敏度、儀器的需要（2）結(jié)構(gòu)鑒定：紅外、核磁、質(zhì)譜（3）獲取有用物質(zhì)（4）除去有害物質(zhì)：如廢水處理第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.1.4分離技術(shù)特點（1）分離對象種類繁多：合成、天然（2）分離的目的各不相同：一般工業(yè)上為了獲得有用物質(zhì)；實驗室是為了后續(xù)分析。（3）分離規(guī)模差異很大：結(jié)構(gòu)鑒定微克級、工業(yè)生產(chǎn)上噸計的大規(guī)模分離純化。（4）分離技術(shù)形形色色（5）應用領(lǐng)域極為廣泛化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)境等，是推動其他學科發(fā)展的動力。第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.1.5分離科學的主要內(nèi)容研究分離過程的共同規(guī)律，主要包括用熱力學原理討論分離體系的功、能量和熱的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及物質(zhì)輸運的方向和限度；用動力學原理研究各種分離過程的速度與效率；研究分離體系的化學平衡、相平衡和分配平衡。研究基于不同分離原理的分離方法、分離設(shè)備及其應用。第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.1.6分離的基本原則和要求（1）分離因子盡可能的高；（2）消耗的分離材料、設(shè)備和能源費用盡可能少；（3）分離操作簡單、速度快；（4）分離純度盡可能的高。選擇最適宜的分離方法和技術(shù)第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.2分離科學的重要性（1）認識物質(zhì)世界的必經(jīng)之路：獲得純物質(zhì)、鑒定結(jié)構(gòu)、了解物理化學性質(zhì)（2）各種分析技術(shù)的前提：去除干擾、提高檢測限（濃縮、富集）（3）其他學科發(fā)展的基礎(chǔ)：天然產(chǎn)物提取與分離、藥物化學、有機化學、食品科學等（4）獲取有用物質(zhì)的手段：純凈水、精鹽、天然色素第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六例如：（1）天然產(chǎn)物試樣中微量成分的獲得如：抗癌藥物——干擾素，天然的1克價格達幾百萬元。（2）生物工程產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)其下游技術(shù)就是分離純化工藝，其工作量和投資占整個過程的50—80%。第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（3）有機化合物的性能研究和分析如：保健品中褪黑激素的測定；運動員體液興奮劑檢測；第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（4）很多藥物有立體異構(gòu)，其藥理性質(zhì)不同①氯霉素（廣普抗菌藥）

D-(-)有殺菌活性

L-(+)無②葡萄糖

D-(+)在動物代謝作用中起重要作用

L-(-)既不能被代謝，也不能在植物體內(nèi)合成第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六③麻黃素左旋體有療效；右旋體不僅無療效，而且還干擾左旋的作用④5-乙基-5(1,3-二甲基丁基)巴比妥酸鹽S-（-）抑制中樞神經(jīng)（催眠鎮(zhèn)痛藥）

R-（+）驚厥劑第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六16兩種構(gòu)型具有不同活性的手性藥物第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六17因母體使用反應停而致畸性的兒童反應?；瘜W名稱為沙利度胺(Thalidomide)，分子中具有一個手性中心，其R異構(gòu)體對孕婦具有鎮(zhèn)靜和安眠用，而S異構(gòu)體則會無一例外地導致胎兒畸變。第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六問題的提出實際樣品的復雜性干擾的消除控制實驗條件使用掩蔽劑分離

separation分析方法靈敏度的局限性滿足對靈敏度的要求選擇靈敏度高的方法富集enrichment例：海水中U（IV)

的測定C=1~3g/L難以測定富集為C=100~200g/L可以測定第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.3分離技術(shù)的特點（1）分離技術(shù)的多樣性有機化合物結(jié)構(gòu)復雜多樣，性質(zhì)千差萬別，決定了分離技術(shù)的多種多樣。碳鏈骨架、官能團、分子量及空間結(jié)構(gòu)不同構(gòu)成了性質(zhì)十分復雜的有機家族。

從熔點、沸點、折光、密度、酸堿性、分子量、溶解度和吸附性能等方面考查，有些物質(zhì)在某些性質(zhì)上接近，在其他性質(zhì)上差別大，而另一些物質(zhì)也許正好相反。這就決定了我們只有選擇某些合適的方法，利用分離對象組份間性質(zhì)有差異的條件實現(xiàn)分離。所以要求有多種多樣的分離方法，以適應實際需要。第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（2）主要利用化合物物理性質(zhì)的差異進行分離如：蒸餾—

利用沸點差異重結(jié)晶—

利用溶解度差異色譜—

利用吸附性能差異膜分離—

利用分子量的大小不同第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（3）每種分離方法均有適應性及局限性

每種分離方法、分離材料、分離工藝都是依據(jù)不同的分離對象、分離目的而確定的，當分離對象與目的改變時，分離技術(shù)也要重新選擇。第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（4）分離技術(shù)與設(shè)備發(fā)展迅速新理論的出現(xiàn)、新技術(shù)和新材料的采用大大推進了分離純化技術(shù)的發(fā)展。如：①計算機和電子技術(shù)的廣泛使用使自動化程度大大提高；②酶制劑的使用為手性化合物的分離開辟了新途徑；③色譜技術(shù)和儀器的進步大大推動了分離技術(shù)的進步；④膜技術(shù)的應用提高了分離處理量而且降低了成本。第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六分離過程示意圖力學能：機械能、流體動能、位能、熱能化學能：溶度差、化學結(jié)合能、電能、光能、核能等

對各組分所特有的性質(zhì)差作用能量或分離劑原料物流（一個或數(shù)個）分離裝置兩個以上的產(chǎn)品物流（濃度不同）1.4分離方法的分類第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六物理性質(zhì)力學性質(zhì)、電磁性質(zhì)、輸送性質(zhì)、熱力學性質(zhì)密度、摩擦、表面張力、熔點、沸點、臨界點、溶解度、蒸汽壓、分配系數(shù)、吸附、電導率、擴散系數(shù)化學性質(zhì)熱力學性質(zhì)、反應速率化學平衡常數(shù)、化學吸附平衡常數(shù)、解離常數(shù)、反應速率常數(shù)、電離電勢生物學性質(zhì)生物親和力、生物吸附平衡、生物學反應速率常數(shù)通常用于分離的物質(zhì)性質(zhì)第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.4.1

按被分離物質(zhì)的性質(zhì)分類

（1）物理分離法：利用物理性質(zhì)，采用適當?shù)奈锢硎侄芜M行分離，如離心、蒸餾；（2）化學分離法：按被分離組分化學性質(zhì)差異，通過適當?shù)幕瘜W過程使其分離。如沉淀分離、溶劑萃取、色譜分離、選擇性溶解；（3）物理化學分離法：按被分離組分的物理化學性質(zhì)差異進行分離。如電泳、膜分離。第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.4.2

按分離過程的本質(zhì)分類

（1）平衡分離過程利用外加能量或分離劑使混合物體系形成兩相界面，通過兩相界面的平衡關(guān)系使均相混合物得以分離。如液-液萃取（達到平衡時的分配系數(shù)不同）；結(jié)晶（固-液平衡）；蒸餾（液-氣平衡）第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（2）速度差分離過程利用外加能量，強化特殊梯度場（重力梯度、壓力梯度、溫度梯度、濃度梯度、電位梯度等）。如高速或超速離心強化離心力場，使用過濾材料強化不同物質(zhì)移動的速度差。電泳強化離子移動速度差等。一般用于非均相混合物的分離。第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（3）反應分離過程利用外加能量或化學試劑，使發(fā)生化學反應或化學反應被促進，達到分離目的方法。例如:煙道氣脫硫工藝中，將SO2與石灰水作用生成石膏分離；污水中有機物被微生物分解為CO2和水而分離。第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.5分離、純化技術(shù)選擇分離純化方案的設(shè)計是分離純化工作的前提，也是決定分離工作成敗的關(guān)鍵。

（1）分離對象(按分離對象選擇方法:了解待處理對象（植物材料、動物材料及反應液等）的物質(zhì)組成，熟悉各種物質(zhì)的理化性質(zhì)；盡可能了解目標物（被分離物質(zhì)）的化學結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)，確立目標物可靠的檢測目標物方法。)（2）分離目的（科研、生產(chǎn)）（3）分離量（各種方法處理量不同）（4）實驗條件（了解和熟練掌握各種分離技術(shù)，明確各方法的應用范圍和優(yōu)缺點,滿足以上條件基礎(chǔ)上選擇廉價方法）第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六提取沉淀除雜減壓蒸餾減壓蒸餾萃取除雜實例1毛花洋地黃粗總甙的提取分離第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六萃取除雜減壓蒸餾溶解普通蒸餾結(jié)晶重結(jié)晶干燥續(xù)實例1第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六萃取,化學反應萃取,化學反應萃取,化學反應萃取,化學反應萃取,化學反應精餾,色譜實例2第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六1.6分離方法的評價

（1）回收率（2）分離因子（3）富集倍數(shù)（4）其它：成本、環(huán)境污染等第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（1）回收率R為回收率；Q為實際回收量；Q0為理論回收量R反映了被分離物質(zhì)在分離過程中的損失量多少，是分離方法準確性的指標。通常>1%的常量組分，R>99%；痕量組分R>90%或95%。第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六回收率測量方法：

標準加入法：在樣品中加入已知量的目標物標準品，用待檢驗的分離方法將加入的標準樣品分離出，計算目標組分的回收率。

樣品中一般不含有目標組分，若有應測出含量，并從加標樣品中扣除。標準樣品法：用待檢驗的分離方法分離標準樣品中的目標物，計算該分離方法的回收率。標準樣品：與待分離樣品有相似的基體組成，待分離物質(zhì)的含量已知（如不同實驗室采用不同方法進行過準確測定的樣品）。第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期六（2）分離因子A為目標組分，B為共存組分分離因子表示兩種物質(zhì)被分離的程度，它與兩種物質(zhì)的回收率相關(guān)，回收率相差越大分離效果越好。分離因子與分離前A,B的比例有關(guān)，也與分離后二者的比例有關(guān)。第36頁，共42頁，2023