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1、化工前言技术,绿色分离工程研究与应用,演讲人：江孙领,绿色分离工程的简单介绍,绿色化工技术是利用现代科学技术的原理和方法，减少或消灭对人类健康、社会安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、助剂、产物等的使用和产生，突出从源头上根除污染，研究环境友好的新原料、新反应、新过程和新产品，实现化学工业与生态协调发展的宗旨的新型化工技术。随着科学技术的进步各种方法相互渗透，分离技术取得了很大的进展 ，经典分离技术不断完善，新技术、新方法不断涌现，分离技术领域的理论和实践都取得了很大的进展。,随着工业和产业的现代化各种科学研究和生产技术向着高质量、高纯度、高技术、精密加工、微型化和密集型发展然而这些都与分
2、离技术有着密切的配合众所周知分离技术是化工生产过程中的关键技术。也是一个高耗能的过程因此，选择高效率、低能耗的分离技术对于企业的降低成本、减少能耗、提高产品质量尤其是对环境都是非常有帮助的。 绿色化工是当今国际化工的前沿是21世纪化工科学发展的重要方向之一它利用了当代物理、生物、材料、信息等学科的最新技术和成果，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。,前言背景,一 超临界流体萃取技术,1.1 超临界萃取原理就是利用超临界流体（SCF）在其临界点附近的温度和压力的微小变化，使物质溶解度、渗透性、扩散性发生几个数量级的突变
3、性质来实现其对某些组分的提取和分离，然后对体系升温、减压，使超临界流体（SCF)变为普通气体而被萃取物质则基本或全部排出，从而达到分离的目的超临界流体萃取技术其实就是利用超临界流体的性质跟传统的萃取进行耦合的一项新技术。,1.2 超临界流体萃取技术的应用 常用作超临界流体（SCF)的溶剂有二氧化碳，水，乙烷，氨，氮气，甲苯等，但是以二氧化碳研究和应用的最多，二氧化碳也是工业上常用的萃取剂。 在医药工业中由于超临界流体萃取（SFE)技术具有优于传统分离技术的特点而受到广泛关注从动植物中提取有效药物成分仍是目前超临界流体萃取(SFE)技术在医药工业中应用较多的一个方面。近些年，宋启等人探索了用超临
4、界二氧化碳从南海翡翠贻贝中提取二十碳五烯酸（EPA)及二十二碳六烯酸（DHA），并取得了较高的EPA和DHA乙酯总含量。日本已经成功从多种鱼油中获得了这类高纯度生化药品。,与传统的萃取技术不同，该技术的优点比较多，现在进行讲解：1、容易将物体中的热敏物质进行提取分离，药物中有许多的物质在高温状态下会出现分解性，因此蒸馏等等高温处理方式，会将这些成分破坏，而使用该技术则没有这方面的问题。2、稳定，无毒、无腐蚀，生产过程属于绿色提取，因此没有污染，也不会残留溶剂。3、渗透力强，传递性好，分离速度快。4、提取和精馏两不误，在对有些不容易分离的物质进行提取和精馏时，能够让该物质的分离变得简单，且反应和
5、分离耦合，设备的要求没有那么高。,1.3超临界流体萃取的优点,超临界流体萃取技术的应用还是很多的，该技术高效、环保，在许多的地方都有很大的应用空间，二氧化碳超临界流体萃取的应用更是比较广泛，因为该气体无毒、无味。虽然超临界流体萃取技术的优点很多，可是普遍的使用目前还是做不到的，主要原因就是该技术要求设备比较精确，对设备的需求较高。要在高压环境下运行，因此安全性是一个问题，而且该技术无法很好的应用于大分子物质的提取，仅仅是在小分子物质的提取上有较好效果。目前关于该技术的研究还在继续，和其他的技术相结合的研究也在进行，因此未来该技术的应用前景一定是非常广泛的。,1.4超临界流体技术展望,膜分离技术
6、是指在一定的传质条件下，利用膜对不同物质透过性的差异，对混合物进行分离的过程。对于不同的分离对象和要求，有着不同的膜过程和机理。,2膜技术,渗透汽化过程(pervaporation，简称PV)，是一种新型的膜分离过程是利用混合物中各组分被选择吸附及其在膜中的扩散速度不同，通过渗透与蒸发将各组分分开，从而分离或富集有机混合物中的某一组分。渗透化膜分离技术是当前的前沿课题之一，渗透汽化膜分离技术具有广阔的发展前景。,2.1渗透汽化膜分离技术,该技术用于液体混合物的分离，其突出优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸附等传统方法难于完成的分离任务。它特别适用于普通精馏难于分离或不能分离的近沸点、恒沸点
7、混合物的分离；对有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除，对废水中少量有机污染物的分离有明显的经济上和技术上的优势；还可以同化学反应耦合，将反应生成物不断脱除，使反应转化率明显提高。从国际、国内已投产的工业装置运行结果看，与传统的恒沸蒸馏和萃取精馏相比，采用渗透汽化技术可节能1312，运行费不到传统分离方法的50。,2.2渗透气化膜分离技术的优点,3微波萃取技术,微波是指频率在300 MHz300 GHz，即波长在11 000 film之间的电磁波。微波以直线方式传播，具有反射、折射、衍射等光学特性。微波遇到金属时会被反射，但遇到非金属物质时则能穿透或被吸收。常规加热是由外部热源通过热辐射由表及里的传
8、导方式加热，而微波加热则是材料在电磁场中由介质吸收引起的内部整体加热，即将微波电磁能转变成热能，其能量通过空间或介质以电磁波的形式传递，物质的加热过程与物质内部分子的极化有着密切关系。由于不同物质的介电常数不同，其吸收微波能的程度不同，由此产生的热能及传递给周围环境的热能也不同。在微波场中，吸收微波能力的差异使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对较差的萃取剂中。 就细胞破碎的微观角度而言，微波加热可导致细胞内的极性物质，尤其是水分子吸收微波而产生的大量热能，使胞内温度迅速上升，细胞内液态水汽化产生的压力将
9、细胞膜和细胞壁冲破，形成微小孔洞。持续加热，导致细胞内部和胞壁水分进一步减少，细胞收缩，表面孔洞加大或出现裂纹，使胞外溶剂容易进入细胞内，溶解并释放出胞内产物。,31微波萃取技术原理,由于微波能够穿透到物料内部直接加热其加热迅速且均匀性好微波加热具有一定的选择性可通过选择适当的溶剂来提高萃取效率此外，微波具有独特的加热机理，虽有少量能耗，但是效率很高。基于以上的各种微波加热的特点。,32微波萃取技术的应用,在临床医学中有人研究用微波选择性萃取人血中的药物采用微波萃取法从血红细胞表面分离抗体仅需10min而常规方法却需要长达10min。此外。微波萃取还可以用于从血浆中分离血清。应用微波萃取技术从
10、红景天根中提取总黄酮和多糖。结果证明微波萃取技术大大加快了提取时间，收率也得到了提高。,3.2.1在医学上的应用,在对物质进行检测时，经常需要将待检测物质从某些体系中萃取出来。一些微量或痕量成分、农药残留成分等的分析可以用微波萃取先提取，效率比较高。,3.2.2在检测上的应用,微波萃取技术在除医学和检测方面的应用也很广泛。采用微波技术萃取天然色素，已经取得了一定的研究进展。有人从干辣椒中提取了辣椒素。高效液相色谱的检测结果表明：经微波消解后的得率为2.78mg/g。诸多研究都表明，在微波的作用下，对天然色素的提取比传统的方法要有更高的提取率。省时省事，能耗低，工艺简单、安全，易于工业化生产。,
11、3.2.3在其他方面的应用,随着绿色化观念深入人心，人们对于高纯度、高附加值的产品需求日益提高，而新型分离技术是这些产品生产过程中的关键。超临界CO2萃取技术(SFE)与分子蒸馏技术(MD)是近年来新兴的特殊分离技术，二者都属于物理分离过程，对于热敏性，高沸点，易挥发物质的分离和提纯表现出明显的优势，操作过程无毒、无害、无污染，在天然产物、食品、医药等领域应用广泛。但是CO2超临界萃取技术存在一定缺陷，例如对非极性或弱极性、低分子量物质的分离具有优越性，而对于极性较强、分子量较大的物质则需加入夹带剂来提高分离效率，且在中药、精油等天然产物分离方面选择性较差，分离效率不高，并有夹带剂残留等问题。
12、而分子蒸馏技术对于分离物系的极性和分子量没有特殊要求仅是根据不同物质的分子平均自由程差别而进行分离，对于高沸点、热敏性、易挥发物系有很好的分离效果，并且能除去溶剂(小分子物质)。 近年来，二者联用技术在天然产物的分离中表现出独特的优势，实现了优势互补，尤其是在中药有效成分的分离提纯方面有较多的应用研究。,4 SFEMD联用技术,4.1 SFEMD联用技术的原理,在精油的提取中，超临界萃取在萃取精油的同时，往往将部分高分子化合物萃取出来，即使用多级解析，也无法将共萃的高分子化合物与精油分离开。而分子蒸馏对超临界萃取产物进行纯化很容易将高分子化合物与的低分子量的精油分离，且能较好的脱色除味而不破坏有效成分，得到高纯度、高质量产品。翁少伟等采用超临界CO2，及分子蒸馏技术联用萃取和精制杭白菊精油，超临界CO2流体萃取在不加入夹带剂情况下产物得率及品质较低，必须加入夹带剂；超临界CO2萃取所得的油浸膏中仍然有大量的蜡，蜡对产物香气毫无贡献，且会使产物添加到饮料时产生大量的沉淀物，蜡分子的分子量较大，普通精制方法难以除去，蜡分子与精油分子量相差较大，因此分子运动自由程有较大差别，用分子蒸馏较易分离甚至可以完全除蜡。,4.2.2 SFEMD联用技术在挥发精油提取纯化中的应用,谢谢观看 Thank you!,
