绿色化学中的分离技术(共6页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上绿色化学中的分离技术摘要：传统的分离过程耗费了大量能源，并可能产生严重的污染，而在生产过程中分离追求的目标是节省能源、减少废物、避免废物的产生、减少循环、避免或减少有机溶剂的使用等，这就要求我们必须改进分离技术，因此，绿色分离技术成为现在研究的焦点。本文就重点介绍几种新型的分离技术，如膜分离技术，短程蒸馏技术，树脂吸附技术，微波萃取技术。关键词：绿色化学 膜分离技术 短程蒸馏技术 树脂吸附技术 微波萃取技术 绿色化学是当今国际化学、化工研究的前沿，它吸收了当代化学、物理、生物、材料、信息等学科的最新成果和技术，从根本上来减少或消除化学产品在设计、生产和应用中有害物质的

2、使用与产生，使所研究开发的化学产品和工艺过程更加环境友好，又称环境无害化学、环境友好化学 、清洁化学。 分离技术是化工生产过程中的关键技术，是获得高质量、高纯度化工产品的重要手段。开发工业规模的组分分离技术，特别是不稳定化合物及功能性物质的绿色高效分离技术，对化工产品的开发与生产至关重要。由于化工分离技术的应用领域十分广泛，决定了分离技术的多样性。膜分离技术、短程蒸馏技术、树脂吸附技术、微波萃取技术等分离技术是近年来发展迅速的几种主要的绿色分离技术。1、膜分离技术 膜分离技术是一项新兴的高效分离技术。它是基于物质透过固态膜或液态膜速率的不同，而将多组分混合物或溶液中各组分加以分离、分级、纯化或

3、富集的过程。1.1 基本原理 就膜分离过程的实质而言，它是物质透过或被截留于膜的过程，与筛分过程相似，根据膜孔径的大小而达到物质分离的目的，因此，可以按照被分离粒子或分子的大小予以分类，大致可有六种膜分离过程： 微滤：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差（200kPa）为推动力，使不溶物浓缩过滤的操作。 超滤：以压力差为推动力，按粒径选择分离溶液中所含微粒和大分子的膜分离过程。 反渗透：以压力差从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。 渗析：一种以浓度差为推动力，在渗透中既有溶剂产生流动，又有溶质产生流动的过程，允许小分子通过，截留大分子。 电渗析：一种以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液

4、中脱除或富集电解质的膜分离操作。 纳米过滤：一种以压力差为推动力，介于超滤和反渗透之间，从溶液中分离出3001000的小分子物质的膜分离工程。1.2 特点及应用1.2.1 特点 膜分离技术具有许多优点：可在常温下操作，无相态变化，无化学变化，设备简单，能耗低，分离效率高，一般过程中无二次污染。适合于热敏性物质，稀溶液和难分离物质的分离等，特别是适于催化反应和其他工程组合联用。1.2.2 应用 膜分离过程作为一门新型的分离、浓缩、提纯技术,已成为解决当代能源、资源和环境污染的重要的高新技术手段。膜分离技术已在海水淡化、纯水制备、液- 液分离、浓缩、提纯、工业废水处理方面取得了较大规模的应用。由于

5、膜过程特别适用于热敏性物质的处理,在食品加工、医药、精细化工等领域也有独特的适应性。中国石油吉林石化公司在环氧乙烷/ 乙二醇装置上采用气体膜分离技术,有效的回收了工艺循环气中的乙烯,从而提高了资源的利用效率,减少污染,实现了清洁生产。2、 短程蒸馏技术 短程蒸馏技术是一项能解决大量常规蒸馏技术所不能解决问题的新型分离技术，是一种在高真空度下进行分离操作的连续蒸馏过程。由于短程蒸馏是在高真空远低于沸点的温度下进行的, 蒸馏时间很短, 所以该过程已成为分离目的产物最温和的蒸馏方法。2.1 基本原理短程蒸馏过程中，混合液沿加热板向下流动被加热后，轻、重分子便向气相逸出，变成气体分子，由于轻、重分子自

6、由程度不同，轻分子自由程大，可达到冷凝板，冷凝后沿冷凝板向下流动，重分子自由程小，达不到冷凝面而在气相中饱和，并返回液相，沿加热板向下流动，从而形成轻、重分子的分流与分离。这种依靠分子运动自由程的差别将液体混合物分离的技术也称分子蒸馏技术。 短程蒸馏过程可按四个步骤进行：分子从液相主体向蒸发表面扩散；分子在液层表面上自由蒸发；分子从蒸发表面向冷凝面运动；分子在冷凝面上冷凝。2.2 特点及应用2.2.1 特点 短程蒸馏技术具有蒸馏温度低、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，可在极高真空度下操作，能使液体在远低于其沸点的温度下分离，因此特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物料的分离，大大降低了高

7、沸点物料的成本，极好的保护了热敏性物料的特点和品质。2.2.2 应用 经过多年对数千种物质的加工处理和探索，短程蒸馏器已经得到了广泛的应用，其工业应用包括食品、化妆品、制药、航天、塑料、石化、制蜡、造纸和基础化学工业等领域。 食品加工业：精炼食用油, 分离维生素、固醇、脂肪酸和抗氧剂等多种高价值的产品。 化妆品业：提取羊毛脂, 香料等产品。 制药业：天然维生素和维生素以及天然药物包括镇静剂等。 涂料和油漆业：改善草麻油和亚麻油等聚合油的干燥性能及坚硬度。 环氧树脂生产：使环氧树脂的颜色变轻、粘度降低、贮存寿命延长。 硅生产业：易于从聚合物混合体中去除低分子量或高分子量的聚合物。 蜡生产业：天然

8、石蜡、蜂蜡、棕蜡和某些微晶蜡及高熔点蜡的提纯。 表面活化剂生产业：糖脂、聚亚氧烷基乙二醇以及天然脂肪酸和脂肪酸蜡制品的提炼。 塑料业：去除邻苯二甲酸二辛醋和癸二酸二辛醋等增塑剂的凝聚液体和催化剂残留物。 矿物油生产：用于高温润滑油和油脂, 一般是从石油残渣一份馏分中提取出来的。3、树脂吸附技术 吸附技术作为流体分离的技术日益受到广泛的重视，吸附树脂是一种人工合成的,具有多孔网状结构和表面活性的材料，是在离子交换剂和其他吸附剂应用基础上发展起来的一类新型树脂。3.1 基本原理树脂吸附的原理是利用吸附树脂和被吸附分子(吸附质) 之间的范德华引力，通过它巨大的比表面而进行物理吸附的。主要通过调节交联

9、度、单体种类和选择适宜的制孔剂等来调节控制树脂的孔容、孔径、孔型、孔径分布、比表面等从而达到选择性吸附某种物质的目的。3.2 特点及应用3.2.1 特点吸附树脂可以从水溶液、混合有机溶液或混合气体中选择吸附净化各种有机化合物,具有高效节能、操作工艺简单、经济效益好等优点。3.2.2 应用 树脂吸附技术已应用于制药及天然植物中活性成分如皂甙、黄酮、内脂、生物碱等大分子化合物的提取分离;苯、氯苯、苯酚、苯胺、水杨酸、萘磺酚等苯环结构的有机物的吸附与回收等。树脂吸附分离工艺是对中药提取工艺影响大、带动面最广的技术之一，该工艺操作简便，成本较低，树脂可反复使用，适合工业生产。吸附技术应用领域极其广泛，

10、不仅在水处理的应用上占有重要位置，其它在食品、医药、化学冶金等工业以及农业上也得到较多的应用，特别是近年来对环保工程、节水工程、中水利用更受到应有的重视。例如，活性碳纤维板用于气体净化解决环保工程中脱除有害气体。与所有的新技术一样，随着吸附分离技术的发展，特别是吸附剂性能和生产能力的提高，吸附分离作为一种绿色分离技术会逐渐占领工业气体和液体的分离市场。4、 微波萃取技术 微波萃取技术是微波技术与萃取技术相结合产生的新技术。是产生在分析化学研究的基础上的, 是制备分析样品的有效方法之一。4.1 基本原理 微波萃取的基本原理是微波直接与被分离物作用,微波的激活作用导致样品基体内不同成分的反应差异使

11、被萃取物与基体快速分离,进入溶剂中。微波萃取时,不同的基体所使用的溶剂不同。影响微波萃取的主要因素是萃取溶剂、萃取时间、萃取温度以及试样中水分或湿度。4.2 特点及应用4.2.1 特点 微波萃取的特点有如下几方面: 选择性。极性较大的分子可获得较多的微波能,因而运动速度较快,利用这一性质可选择性地提取一些极性成分。快速。被加热的样品往往放在微波透明且为热的不良导体的容器中,所以微波不需要加热容器而直接加热样品,使样品迅速升温。加热均匀。若微波场是均匀的,样品受热也是均匀的。高效。微波萃取具有设备简单、使用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节省试剂、污染小的优点,在中药和天然香料提取分离中

12、得到应用。4.2.2 应用 通过十几年来的努力和发展，现在微波萃取技术已广泛应用到中草药、调味品、天然色素、化工、食品、保健食品、香料、化妆品、果胶、高粘度壳聚糖和土壤分析等领域。 目前，我国已经将微波萃取用于多项中草药的浸取生产线之中，如葛根，茶叶、银杏等。微波萃取已列于21世纪食品加工和中药制药现代化推广技术之一。5、 结语 绿色化学已被公认为是21 世纪最重要的科学领域之一，是实现污染预防最基本的科学手段。绿色化学从原理和方法上给传统的化学工业带来了革命性的变化，也使传统分离工程的发展面临着巨大的挑战和机遇。绿色分离技术以其环境友好的特征越来越受到人们的重视。随着“走新型工业化道路”战略决策的不断实施，绿色分离技术必将得到更广泛的应用，也将为人类的健康和生存环境的改善作出重大的贡献。参考文献：1、 王鉴，柳荣伟，陈侠玲，绿色化学推动分离工程技术的进步绿色分离工程，化工科技，2008 ，16 (1) :57602、 魏国峰，王硕，绿色分离技术及其在精细化工中的应用，现代化工，第26 卷增刊(2)3、 吴鹏，张东明，张庆波，短程蒸馏原理及工业应用，化工进展，2000年 第一期4、郭振库，金钦汉，微波萃取技术，分析科学学报，2001 年12 月，第17卷，第6期5、李德华，绿色化学化工导论，科学出版社 专心-专注-专业