第七章物质的分离与纯化技术

《第七章物质的分离与纯化技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七章物质的分离与纯化技术（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第 六六 章章 物质的分离与纯化技术物质的分离与纯化技术北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v生活中需要用到分离技术的实例：v1、提纯物质：多晶硅v2、富集：矿物提取v3、功能性物质提取：中药成分提取、天然香料提取v4、浓缩：中药成分、精油v5、除有害物质：从咖啡中脱掉咖啡因v6、环境处理：工业、汽车尾气处理北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v分离：是利用混合物中各组分在分离：是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异物理性质或化学性质上的差异，通，通过过适当的装置或方法适当的装置或方法，使各组分分配至不同的空间区域或者在不同，使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间依次

2、分配至同一空间区域的的时间依次分配至同一空间区域的过程过程。基基 本本 概概 念念分离装置分离装置原料（混合物）原料（混合物）能量或分离剂能量或分离剂目标产物目标产物残余物残余物北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院分离过程的本质分离过程的本质v如何判断分离或混合是否自发进行？如何判断分离或混合是否自发进行？ 体系总的自由能体系总的自由能 G = G = 势能项势能项 + + 熵项熵项 体系自发变化的方向是使体系的自由能降低的方向！体系自发变化的方向是使体系的自由能降低的方向！FeFe3+3+6mol/L6mol/L的的HClHClTiTi3+3+6mol/L6mol/L的的HClHCl抽调

3、隔板抽调隔板FeFe3+3+ TiTi3+3+6mol/L6mol/L的的HClHCl混合均匀混合均匀FeFe3+3+TiTi3+3+6mol/L6mol/L的的HClHCl 乙醚乙醚抽调隔板抽调隔板TiTi3+3+6mol/L6mol/L的的HClHCl乙醚，乙醚，FeFe3+3+TiTi的亲水势能大于的亲水势能大于浓度差差生的化学浓度差差生的化学势（熵效应）势（熵效应）FeFe离子的亲溶剂势离子的亲溶剂势能大于浓度差差生能大于浓度差差生的化学势的化学势浓度差，熵效应驱使浓度差，熵效应驱使系统自发混合系统自发混合除浓度差外，各组分除浓度差外，各组分趋向于分配在低势能趋向于分配在低势能相（自由

4、能降低）相（自由能降低）北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院分离方法的分类分离方法的分类v1 1、按被分离物质的性质分类、按被分离物质的性质分类v（1 1）物理分离法：离心分离、电磁分离；）物理分离法：离心分离、电磁分离；v（2 2）化学分离法：沉淀、萃取；）化学分离法：沉淀、萃取；v（3 3）物理化学分离法：电泳、膜分离。）物理化学分离法：电泳、膜分离。现代分离方法与技术现代分离方法与技术 p6表表1-1北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v2 2、按分离过程的本质分类、按分离过程的本质分类v（1 1）平衡分离过程）平衡分离过程 是借助外加能量或分离剂使均相混合物系统变成两相系统，再

5、以是借助外加能量或分离剂使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。离。现代分离方法与技术现代分离方法与技术 p7表表1-2北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v（2 2）速率差分离过程）速率差分离过程 速率分离过程是在某种推动力（重力差、浓度差、压力差、温度速率分离过程是在某种推动力（重力差、浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分的分离。分的分离。现代分离方法与技术现代分离

6、方法与技术 p7表表1-3北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v（3 3）反应分离过程）反应分离过程 反应分离过程是一种利用外加能量或化学剂，促进化学反应达到反应分离过程是一种利用外加能量或化学剂，促进化学反应达到分离的方法。分离的方法。现代分离方法与技术现代分离方法与技术 p7表表1-4北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院去除氟的方法（1 1）混凝沉淀法）混凝沉淀法（2 2）吸附与离子交换法）吸附与离子交换法（3 3）电凝聚法电凝聚法（4 4）电渗析法电渗析法（5 5）反渗透法反渗透法石灰除氟法石灰除氟法铝盐混凝法铝盐混凝法活性氧化铝法活性氧化铝法骨炭法骨炭法沸石法沸石法+北方民族大

7、学材料学院北方民族大学材料学院第一节第一节 吸附分离技术吸附分离技术1 1、基本概念、基本概念v吸附：气体或液体分子吸着于固体物质表面的趋势，通常形成单分子吸附：气体或液体分子吸着于固体物质表面的趋势，通常形成单分子层，有时形成多分子层，这种现象称为吸附。层，有时形成多分子层，这种现象称为吸附。 被吸附的物质被吸附的物质 吸附质吸附质 液体或气体液体或气体 吸附物质吸附物质 吸附剂吸附剂 具有多孔表面的固体具有多孔表面的固体 北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v吸附的分类：吸附的分类：吸吸附附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引

8、力间引力(即范徳华力即范徳华力)而产生的吸附而产生的吸附吸附剂与被吸附物质之间产生化吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附学作用，生成化学键引起吸附解吸（吸热）解吸（吸热）吸附吸附（放热）（放热）降温、加压降温、加压加温、降压加温、降压v 解吸：吸附的逆过程。解吸：吸附的逆过程。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v 再生：是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法再生：是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去将吸附质从吸附剂微孔中除去, ,恢复它的吸附能力。恢复它的吸附能力。再再生生方方法法加热再生法加热再生法在高温条件

9、下，提高了吸附质分子的能量，在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子态逸出或断裂成低分子化学再生法化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来物质而解吸下来北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院2 2、吸附剂、吸附剂v特征：多孔结构和具有很大的比表面。特征：多孔结构和具有很大的比表面。吸附剂吸附剂亲水性亲水性应用应用活性炭活性炭疏水，亲有机物疏水，亲有机物有机物吸附有机物吸附沸

10、石分子筛沸石分子筛亲极性分子，亲极性分子，疏有机物疏有机物H20H20、CO2CO2、H2SH2S等等极性分子极性分子硅胶硅胶亲水亲水干燥吸水干燥吸水活性氧化铝活性氧化铝亲水亲水干燥吸水干燥吸水原理：极性分子原理：极性分子( (或离子或离子) )型的吸附剂容易吸附极性分子型的吸附剂容易吸附极性分子( (或离子或离子) )型的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。型的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院3 3、吸附平衡、吸附平衡v吸附平衡：在一定条件下，吸附质在两相中的浓度不再发生变化。吸附平衡：在一定条件下，吸附质在两相中的

11、浓度不再发生变化。v平衡吸附量：达到吸附平衡时，吸附剂对吸附质的吸附量。平衡吸附量：达到吸附平衡时，吸附剂对吸附质的吸附量。v平衡浓度（分压）：达到吸附平衡时，流体中吸附质的浓度（分压）。平衡浓度（分压）：达到吸附平衡时，流体中吸附质的浓度（分压）。 发生吸附：当流体中吸附质浓度（分压）发生吸附：当流体中吸附质浓度（分压） 平衡浓度（分压）平衡浓度（分压） 发生解吸：当流体中吸附质浓度（分压）发生解吸：当流体中吸附质浓度（分压） 平衡浓度（分压）平衡浓度（分压）吸附平衡关系决定了吸附过程的方向和极限！吸附平衡关系决定了吸附过程的方向和极限！北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v对于一定的吸

12、附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸附量是对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即：温度和吸附质压力的函数，即： 通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如：通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如：vT T = =常数，常数，q q = = f f ( (p p) )，得吸附等温线。，得吸附等温线。vp p = =常数，常数，q q = = f f ( (T T) )，得吸附等压线。，得吸附等压线。vq q = =常数，常数，p p = = f f ( (T T) )，得吸附等量线。，得吸附等量线。v吸附平衡关系：平衡吸附量与平衡

13、浓度（分压）之间的关系，通吸附平衡关系：平衡吸附量与平衡浓度（分压）之间的关系，通常用常用吸附等温线吸附等温线表示。表示。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v（1 1）气体吸附平衡（单组分气体的吸附）气体吸附平衡（单组分气体的吸附）课本课本 p242图图11-2v：吸附剂毛细孔的孔径比吸附质分子直径略大使得单分子层吸附：吸附剂毛细孔的孔径比吸附质分子直径略大使得单分子层吸附v：完成单分子吸附后再形成多分子层吸附。：完成单分子吸附后再形成多分子层吸附。v：吸附气体量不断随组分分压的增加直至相对饱和值趋于：吸附气体量不断随组分分压的增加直至相对饱和值趋于1 1为止。为止。v：为：为的变形，能

14、形成有限多层的吸附。的变形，能形成有限多层的吸附。v：偶然见于分子互相吸引效应很大的情况。：偶然见于分子互相吸引效应很大的情况。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v（2 2）液相吸附平衡）液相吸附平衡液固吸附与气固吸附的区别：液固吸附与气固吸附的区别： （1）溶液吸附比气体吸附复杂）溶液吸附比气体吸附复杂 （2）溶液吸附速度的影响因素多）溶液吸附速度的影响因素多 如：黏度如：黏度 分子大小分子大小 扩散速度快慢扩散速度快慢 固体孔径大小等固体孔径大小等北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院va a：溶质始终优先被吸附：溶质始终优先被吸附vb b：溶质、溶剂被吸附的能力大致相同：溶质、溶

15、剂被吸附的能力大致相同 C-DC-D段：溶质被优先吸附段：溶质被优先吸附 D-ED-E段：溶剂优先被吸附段：溶剂优先被吸附 C C（纯溶剂）、（纯溶剂）、 E E（纯溶质）（纯溶质） D D（吸附比例相等）（吸附比例相等）北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v4 4、吸附工艺设备、吸附工艺设备操操作作方方式式连续式连续式间歇式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min30min左右，然左右，然后静置沉淀，排除澄清液。后静置沉淀，排除澄清液。固定床固定床移动床移动床流化床流化床吸附剂固定填放在吸附柱吸附剂固定填放在吸附柱( (或塔或塔) )中中. .

16、在操作过程中定期地将接近饱和的一在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中将等量的新鲜吸附剂加入柱中. .吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中于由下而上的水流中. .北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v（1）吸附搅拌槽v（2）固定床吸附课本课本 p245图图11-4吸附搅拌槽吸附搅拌槽图图将要处理的液体与粉末状吸附剂加将要处理的液体与粉末状吸附剂加入搅拌槽中，在搅拌作用下，固液入搅拌槽中，在搅拌作用下，固液形成悬浮液，固液充分接触时吸附形成悬浮液，固液充分接触

17、时吸附质被吸附。质被吸附。设备筒内的多孔支撑板上均匀堆放设备筒内的多孔支撑板上均匀堆放吸附剂颗粒，成为固定的吸附床。吸附剂颗粒，成为固定的吸附床。流体由上而下通过固定床而被吸收。流体由上而下通过固定床而被吸收。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v（3）移动床及模拟移动床吸附气固相移动床吸附塔工作原理气固相移动床吸附塔工作原理课本课本 p246图图11-5液固相移动床吸附塔工作原理液固相移动床吸附塔工作原理课本课本 p245图图11-6北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院 v5 5、变压吸附技术、变压吸附技术v定义：在恒温条件下通过改变压力进行吸附定义：在恒温条件下通过改变压力进行吸附

18、解吸的操作。解吸的操作。v工艺流程：一塔吸附（加压），工艺流程：一塔吸附（加压）， 一塔再生（降压），一塔再生（降压）， 每隔一定时间互相交替。每隔一定时间互相交替。v优点：不需要加热和冷却设备，只需要改变压力即可吸附优点：不需要加热和冷却设备，只需要改变压力即可吸附- -脱附，其脱附，其循环周期短，吸附剂利用效率高，设备体积小，操作范围广，气体处循环周期短，吸附剂利用效率高，设备体积小，操作范围广，气体处理量大，分离产品纯度高。理量大，分离产品纯度高。解吸解吸 吸附吸附 加压加压 降压降压示意图示意图课本课本 p248图图11-8北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v6 6、吸附分离技术

19、在化学工业中的应用、吸附分离技术在化学工业中的应用气体或溶液的除臭气体或溶液的除臭. .脱色与溶剂蒸气的回收脱色与溶剂蒸气的回收. .气体或溶液的脱水与深度干燥气体或溶液的脱水与深度干燥. .气体预处理与气体中痕量物质的吸附分离精制气体预处理与气体中痕量物质的吸附分离精制. .气体本体组分分离气体本体组分分离. .烷烃烷烃. .烯烃与芳烃馏分的分离烯烃与芳烃馏分的分离. .食品工业中的分离精制食品工业中的分离精制. .环境保护与水处理环境保护与水处理. .海水工业和湿法冶金等工业中的应用海水工业和湿法冶金等工业中的应用. .北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院吸附法在污水处理中的应用v吸附

20、法除汞吸附法除汞 活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。于处理含汞量低的废水。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院第二节第二节 吸收分离技术吸收分离技术1 1、基本概念、基本概念v吸收分离：利用混合气体中各组分在吸收分离：利用混合气体中各组分在液体液体中的溶解度不同而中的溶解度不同而 分离分离气体气体的操作。的操作。 溶解于液体的气体组分溶解于液体的气体组分 吸收质吸收质 用于溶解气体的液体用于溶解气体的液体 吸附剂吸附剂 溶解了吸收质的吸收剂溶解了吸收质的吸收剂吸收液（完成液）吸收液（完成

21、液） v气体在液体中的溶解度与气体、液体的种类、温度、压强有关。 v提高压强，降低温度，对吸收过程有利；反之，则不利于吸收，而对解吸过程有利。v所以说溶解度是吸收操作过程的基础。与吸附的与吸附的区别区别北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院密闭容器密闭容器水（溶剂）水（溶剂） 氨气氨气( (浓度高浓度高) )空气空气( (惰性气体惰性气体) )( (溶质，被吸收组分溶质，被吸收组分) )氨气（浓度低）空气氨气（浓度低）空气 总压总压 溶质（溶质（A A）分压分压 与与溶溶液液中中A A的的浓浓度度成平衡的气相分压成平衡的气相分压 吸收，吸收， 解吸，解吸， 平衡，平衡， 吸收总推动力吸收总推

22、动力北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院解吸：吸收的逆过程。解吸：吸收的逆过程。v在生产中解吸有两个目的：v 1、获得所需高纯度的气体溶质v 2、使吸收剂 再生解吸（吸热）解吸（吸热）吸收吸收（放出溶解热放出溶解热）降温、加压降温、加压加温、降压加温、降压可增大溶解可增大溶解度度与吸附的与吸附的区别区别北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院 常用方法常用方法: :1 1、加热解吸、加热解吸 2 2、减压解吸、减压解吸 3 3、在惰性气体中解吸、在惰性气体中解吸 向解吸塔中通入的水向解吸塔中通入的水蒸汽、空气等气体，降蒸汽、空气等气体，降低液面上溶质气体的分低液面上溶质气体的分压，使吸收剂

23、中的溶质压，使吸收剂中的溶质气体更完全的解吸出来。气体更完全的解吸出来。这一过程称为气提，所这一过程称为气提，所用的水蒸汽、空气等气用的水蒸汽、空气等气体称为气提气。体称为气提气。 北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v吸收吸收的分类：的分类：按溶质数多少按溶质数多少按溶质和溶剂间的作用按溶质和溶剂间的作用按吸收温度状况按吸收温度状况单组分单组分吸收吸收多组分多组分吸收吸收物理物理吸收吸收化学化学吸收吸收等温等温吸收吸收非等温非等温吸收吸收吸收极限吸收极限吸收速率吸收速率热效应热效应可逆性可逆性物理物理吸收吸收溶解度溶解度气液相中吸收质的气液相中吸收质的浓度差、扩散速率浓度差、扩散速率溶解

24、热，溶解热，热效应小热效应小可逆吸附可逆吸附化学化学吸收吸收反应平衡反应平衡常数常数扩散速率、扩散速率、化学反应速率化学反应速率溶解热，溶解热，反应热反应热可逆或不可逆可逆或不可逆吸附吸附溶解热溶解热反应热反应热北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院强化吸收速率的方法强化吸收速率的方法v1、提高吸收系数 -正确选择吸收剂正确选择吸收剂v2、增大吸收推动力 -逆流逆流v 3、增大气液传质面积-提供气、液两相有足够大的接提供气、液两相有足够大的接触面积，尽可能使气、液两相接触充分触面积，尽可能使气、液两相接触充分. .北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院北方民族大学材料学

25、院气体溶质从气相主体到液相主体，共经历了三个过程气体溶质从气相主体到液相主体，共经历了三个过程: 对流对流溶解溶解对流对流北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院影响吸收操作的因素影响吸收操作的因素 1、吸收质的溶解性能v(1)气膜控制 加大气体流速，减少气膜厚度。 v(2)液膜控制 增大液体流速，减少液膜阻力。v(3)中等溶解度的气体 同时增大气体和液体流速。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院 2、吸收剂的选择、吸收剂的选择v（1 1）溶解度：吸收质在吸收剂中溶解度大，即吸收质的平衡分压低。）溶解度：吸收质在吸收剂中溶解度大，即吸收质的平衡分压低。v（2 2）选择性：对混合气体中其他组

26、分的溶解度低。）选择性：对混合气体中其他组分的溶解度低。v（3 3）挥发性：吸收剂的蒸汽压要低，挥发小。）挥发性：吸收剂的蒸汽压要低，挥发小。v（4 4）粘度：越低越利于传质和传热。）粘度：越低越利于传质和传热。v（5 5）再生性：吸收质在吸收剂中的溶解度对温度的变化要）再生性：吸收质在吸收剂中的溶解度对温度的变化要 敏感，即敏感，即 随温度升高，溶解度迅速下降，平衡分压迅速上升。随温度升高，溶解度迅速下降，平衡分压迅速上升。v（6 6）稳定性：化学稳定性好。）稳定性：化学稳定性好。v（7 7）经济性：价廉。）经济性：价廉。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院 3 3、温度的影响、温度的影

27、响 v低温操作可以增大气体在液体中的溶解度，对气体吸收有利低温操作可以增大气体在液体中的溶解度，对气体吸收有利. .v但温度太低时，对吸收又是不利的。所以要选择一个适宜的吸收温度。但温度太低时，对吸收又是不利的。所以要选择一个适宜的吸收温度。 4 4、压力、压力 v增加吸收塔系统的压力，但过高地增加气体系统压力，会使动力消耗增增加吸收塔系统的压力，但过高地增加气体系统压力，会使动力消耗增大，设备耐压性、密封性增强，设备要求高，使设备投资和日常性生产大，设备耐压性、密封性增强，设备要求高，使设备投资和日常性生产费用加大。费用加大。v一般能在常压下进行吸收操作的就不要无故地提高压力一般能在常压下进

28、行吸收操作的就不要无故地提高压力. . 6 6、吸收剂的纯度、吸收剂的纯度v吸收剂的纯度越高，对吸收越有利。但是，解吸越完全，解吸所需要的吸收剂的纯度越高，对吸收越有利。但是，解吸越完全，解吸所需要的费用越高。费用越高。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v 5、气、液相流量的影响v (1)(1)气流速度气流速度: :气速大，有利于吸收；气速过大，造成液泛现象或夹气速大，有利于吸收；气速过大，造成液泛现象或夹带雾沫或气液接触不良等现象。带雾沫或气液接触不良等现象。v (2)(2)吸收剂流量吸收剂流量: :吸收剂流量越大，有利于吸收，过大，则增加操作吸收剂流量越大，有利于吸收，过大，则增加操

29、作费用。费用。v(3(3）喷淋密度）喷淋密度: :喷淋密度过大，吸收液质量降低，过小时则不能保证喷淋密度过大，吸收液质量降低，过小时则不能保证气体被吸收后的纯净度。气体被吸收后的纯净度。 如在填料吸收塔中，吸收剂的喷淋密度一定要保证全部填料湿润，如在填料吸收塔中，吸收剂的喷淋密度一定要保证全部填料湿润，喷淋密度过小可能会导致填料表面不能被完全润湿喷淋密度过大，则喷淋密度过小可能会导致填料表面不能被完全润湿喷淋密度过大，则流体阻力增加，可能将引起液泛现象。选择好喷淋装置，也是保证喷流体阻力增加，可能将引起液泛现象。选择好喷淋装置，也是保证喷淋密度均匀的必要手段。淋密度均匀的必要手段。北方民族大学

30、材料学院北方民族大学材料学院v4 4、气体吸收技术的应用、气体吸收技术的应用(1)(1)净化或精制气体：除去气体中的杂质净化或精制气体：除去气体中的杂质v例子：例子：用水吸收黄铁矿焙烧产物，除去用水吸收黄铁矿焙烧产物，除去HFHF等。等。（2 2）制取某种气体的液态产品）制取某种气体的液态产品v例子：用水吸收例子：用水吸收NO2(HClNO2(HCl）制取硝酸（盐酸）。）制取硝酸（盐酸）。（3 3）回收气体）回收气体v例子：例子：用硫酸处理焦炉气以回收其中的氮气。用硫酸处理焦炉气以回收其中的氮气。（4 4）工业废气处理）工业废气处理v例子：吸收例子：吸收NO2NO2、NONO、SO2SO2等有

31、害气体。等有害气体。补充实例补充实例北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院第三节第三节 膜分离技术膜分离技术v生活中常见的膜：北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院1、基本概念、基本概念v膜分离技术：是利用膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异来实膜分离技术：是利用膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分离技术。现分离、提纯和浓缩的新型分离技术。v膜：膜：分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。分的界面。膜至少具有两个界面，膜通过这两个界面与被分割的两侧膜至少具有两个界面，膜通过这

32、两个界面与被分割的两侧流体（气体或液体）接触并进行传递。流体（气体或液体）接触并进行传递。 广义上讲，膜是指分隔两相的界面，并以特定的形式限制和传广义上讲，膜是指分隔两相的界面，并以特定的形式限制和传递各种化学物质。递各种化学物质。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v膜的分类：膜的分类：（1）完全透过性的，也可以是半透过性的。）完全透过性的，也可以是半透过性的。 膜以不同速率传递不同的分子样品，则为膜以不同速率传递不同的分子样品，则为半透膜半透膜半透膜半透膜。（2）可以是固态的，也可以是液态或气相的。）可以是固态的，也可以是液态或气相的。（3）可以是多孔的，也可以是致密的。）可以是多孔的

33、，也可以是致密的。 多孔膜多孔膜多孔膜多孔膜的分离机理是筛分作用，主要用于超滤、微滤、渗析或用的分离机理是筛分作用，主要用于超滤、微滤、渗析或用作复合膜的支撑膜；作复合膜的支撑膜；致密膜致密膜致密膜致密膜的分离机理是溶解的分离机理是溶解-扩散作用，主要用于扩散作用，主要用于反渗透、气体分离、渗透汽化。反渗透、气体分离、渗透汽化。（4）可以是对称的，也可以是非对称的。）可以是对称的，也可以是非对称的。 对称膜对称膜对称膜对称膜的各个部分是均匀的，渗透率都相同；的各个部分是均匀的，渗透率都相同；非对称膜非对称膜非对称膜非对称膜表面为致表面为致密或细孔表皮层，下面是多孔的支撑层。密或细孔表皮层，下面

34、是多孔的支撑层。（5）可以是中性的，也可以是荷电性的。）可以是中性的，也可以是荷电性的。（6）可以是高分子膜，也可以是无机膜。）可以是高分子膜，也可以是无机膜。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v2 2、膜分离的特点、膜分离的特点（1 1）膜分离过程没有相的变化）膜分离过程没有相的变化( (渗透蒸发膜除外渗透蒸发膜除外) )，常温下即可操作，耗，常温下即可操作，耗能少；能少；（2 2）由于避免了高温操作，所浓缩和富集物质的性质不容易发生变化，）由于避免了高温操作，所浓缩和富集物质的性质不容易发生变化，因此特别适合于热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离；因此特别适合于热敏性组分、生物物质

35、组分等混合物的分离；（3 3）膜分离装置简单、操作容易，投资费用低；）膜分离装置简单、操作容易，投资费用低；（4 4）对无机物、有机物及生物制品均可适用，并且不产生二次污染；）对无机物、有机物及生物制品均可适用，并且不产生二次污染；（5 5）特别适合于性质相似组分、同分异构体组分。）特别适合于性质相似组分、同分异构体组分。v膜分离过程的共同优点是：膜分离过程的共同优点是： 能耗少、效率高、成本低、无污染并可回收有用物质能耗少、效率高、成本低、无污染并可回收有用物质。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院3 3、膜分离过程、膜分离过程 膜分离过程的推动力有膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电

36、位差浓度差、压力差和电位差等。膜分离过程等。膜分离过程可概述为以下三种形式：可概述为以下三种形式： 渗析式膜分离渗析式膜分离 料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液，从而被分离出去。属于渗析式膜分离的有入接受液，从而被分离出去。属于渗析式膜分离的有渗析和电渗渗析和电渗等；等； 过滤式膜分离过滤式膜分离 利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有到组分的分离。属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗超滤、微

37、滤、反渗透和气体渗透透等；等； 液膜分离液膜分离 液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。从液膜进入接受液相当于反萃取。 北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院表表42 几种主要分离膜的分离几种主要分离膜的分离过过程程膜膜过过程程推推动动力力传递传递机理机理透透过过物物截留物截留物膜膜类类型型微微滤滤压压力差力差颗颗粒大小形状粒大小形状水、溶水、溶剂剂溶解溶解物物悬悬浮物浮

38、物颗颗粒粒多孔膜多孔膜超超滤滤压压力差力差分子特性大小分子特性大小形状形状水、溶水、溶剂剂小分小分子子胶体和超胶体和超过过截截留分子量的分留分子量的分子子非非对对称性称性膜膜纳滤纳滤压压力差力差离子大小及离子大小及电电荷荷水、一价离子、水、一价离子、多价离子多价离子有机物有机物非非对对称性称性膜复合膜膜复合膜反渗透反渗透压压力差力差溶溶剂剂的的扩扩散散传传递递水、溶水、溶剂剂溶溶质质、盐盐非非对对称性称性膜复合膜膜复合膜北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院膜膜过过程程推推动动力力传递传递机理机理透透过过物物截留物截留物膜膜类类型型渗析渗析浓浓度差度差溶溶质质的的扩扩散散传递传递低分子量物、

39、低分子量物、离子离子溶溶剂剂非非对对称性膜称性膜电电渗析渗析电电位差位差电电解解质质离子离子的的选择传递选择传递电电解解质质离子离子非非电电解解质质，大，大分子物分子物质质离子交离子交换换膜膜气体气体分离分离压压力差力差气体和蒸汽气体和蒸汽的的扩扩散渗透散渗透气体或蒸汽气体或蒸汽难难渗透性气渗透性气体或蒸汽体或蒸汽均相、复合、均相、复合、非非对对称膜称膜渗透渗透蒸蒸发发压压力差力差选择传递选择传递易渗溶易渗溶质质或或溶溶剂剂难难渗透性溶渗透性溶质质或溶或溶剂剂均相、复合、均相、复合、非非对对称膜称膜液膜液膜分离分离浓浓度差度差反反应应促促进进和和扩扩散散传递传递杂质杂质溶溶剂剂乳状液膜、支乳状

40、液膜、支撑液膜撑液膜北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v4 4、微滤、超滤、纳滤、微滤、超滤、纳滤 微滤、超滤和纳滤都是一压力差为推动力的，其中微滤、超滤都微滤、超滤和纳滤都是一压力差为推动力的，其中微滤、超滤都是在压力推动下进行的筛分分离过程。是在压力推动下进行的筛分分离过程。 纳滤膜除截留筛分外，其表面分离层由聚电解质构成，对离子有纳滤膜除截留筛分外，其表面分离层由聚电解质构成，对离子有静电作用，因此对无机盐有一定的截留率。静电作用，因此对无机盐有一定的截留率。进料进料滤液（水）滤液（水）现代分离方法与技术现代分离方法与技术 p187图图8-5进料进料滤液（水）滤液（水）浓缩液浓缩液

41、进料进料低价离子低价离子溶质溶质（水）（水）高价离子高价离子溶质（盐）溶质（盐）北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院（1 1） 微孔过滤技术应用领域微孔过滤技术应用领域1 1）微微粒粒和和细细菌菌的的过过滤滤。可可用用于于水水的的高高度度净净化化、食食品品和和饮饮料料的的除除菌菌、药药液液的过滤、发酵工业的空气净化和除菌等。的过滤、发酵工业的空气净化和除菌等。2 2）微微粒粒和和细细菌菌的的检检测测。微微孔孔膜膜可可作作为为微微粒粒和和细细菌菌的的富富集集器器，从从而而进进行行微微粒和细菌含量的测定。粒和细菌含量的测定。3 3）气气体体、溶溶液液和和水水的的净净化化。大大气气中中悬悬浮浮的

42、的尘尘埃埃、纤纤维维、花花粉粉、细细菌菌、病病毒毒等等；溶溶液液和和水水中中存存在在的的微微小小固固体体颗颗粒粒和和微微生生物物，都都可可借借助助微微孔孔膜膜去去除。除。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院4 4）食食糖糖与与酒酒类类的的精精制制。微微孔孔膜膜对对食食糖糖溶溶液液和和啤啤、黄黄酒酒等等酒酒类类进进行行过过滤滤，可可除除去去食食糖糖中中的的杂杂质质、酒酒类类中中的的酵酵母母、霉霉菌菌和和其其他他微微生生物物，提提高高食食糖糖的的纯纯度度和和酒酒类类产产品品的的清清澈澈度度，延延长长存存放放期期。由由于于是是常常温温操操作作，不不会会使使酒类产品变味。酒类产品变味。5 5）药物

43、的除菌和除微粒。以前药物的灭菌主要采用热压法。但是热压法）药物的除菌和除微粒。以前药物的灭菌主要采用热压法。但是热压法灭菌时，细菌的尸体仍留在药品中。而且对于热敏性药物，如胰岛素、灭菌时，细菌的尸体仍留在药品中。而且对于热敏性药物，如胰岛素、血清蛋白等不能采用热压法灭菌。对于这类情况，微孔膜有突出的优血清蛋白等不能采用热压法灭菌。对于这类情况，微孔膜有突出的优点，经过微孔膜过滤后，细菌被截留，无细菌尸体残留在药物中。常点，经过微孔膜过滤后，细菌被截留，无细菌尸体残留在药物中。常温操作也不会引起药物的受热破坏和变性。温操作也不会引起药物的受热破坏和变性。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院（

44、2 2） 超滤技术应用领域超滤技术应用领域1 1）纯水的制备。超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异物的除去，）纯水的制备。超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异物的除去，用于制备高纯饮用水、电子工业超净水和医用无菌水等。用于制备高纯饮用水、电子工业超净水和医用无菌水等。2 2）汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理。汽车、家具等制品的电泳）汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理。汽车、家具等制品的电泳涂装淋洗水中常含有涂装淋洗水中常含有1 12 2的涂料（高分子物质），用超滤装置可的涂料（高分子物质），用超滤装置可分离出清水重复用于清洗，同时又使涂料得到浓缩重新用于电泳涂装。分离出清水重复用

45、于清洗，同时又使涂料得到浓缩重新用于电泳涂装。3 3）食品工业中的废水处理。在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分离）食品工业中的废水处理。在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分离蛋白和低分子量的乳糖。蛋白和低分子量的乳糖。4 4）果汁、酒等饮料的消毒与澄清。应用超滤技术可除去果汁的果胶和酒）果汁、酒等饮料的消毒与澄清。应用超滤技术可除去果汁的果胶和酒中的微生物等杂质，使果汁和酒在净化处理的同时保持原有的色、香、中的微生物等杂质，使果汁和酒在净化处理的同时保持原有的色、香、味，操作方便，成本较低。味，操作方便，成本较低。5 5）在医药和生化工业中用于处理热敏性物质，分离浓缩生物活性物质，）在医药和

46、生化工业中用于处理热敏性物质，分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。从生物中提取药物等。6 6）造纸厂的废水处理。）造纸厂的废水处理。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院（2 2） 纳滤技术应用领域纳滤技术应用领域v1)1)饮用水的制备饮用水的制备v2 2）低聚糖的）低聚糖的 分离和精制分离和精制v3 3）果汁的浓缩）果汁的浓缩v4 4）肽和氨基酸的分离）肽和氨基酸的分离v5 5）抗生素的浓缩与纯化）抗生素的浓缩与纯化北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v5 5、反渗透、反渗透图图44 渗透与反渗透原理示意图渗透与反渗透原理示意图北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院 渗透和反渗

47、透的原理如渗透和反渗透的原理如图图4 44 4所示。如果用一张只能透过水而不所示。如果用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过能透过溶质的半透膜将两种不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象称渗半透膜渗透从低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象称渗透透（图（图4 44a4a）。这一过程的推动力是低浓度溶液中水的化学位与高。这一过程的推动力是低浓度溶液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之差，表现为水的渗透压。随着水的渗透，高浓度溶液中水的化学位之差，表现为水的渗透压。随着水的渗透，高浓度水溶液一侧

48、的液面升高，压力增大。当液面升高至浓度水溶液一侧的液面升高，压力增大。当液面升高至H H时，渗透达时，渗透达到平衡，两侧的压力差就称为渗透压到平衡，两侧的压力差就称为渗透压（图（图4 44b4b）。渗透过程达到平。渗透过程达到平衡后，水不再有渗透，渗透通量为零。衡后，水不再有渗透，渗透通量为零。 如果在高浓度水溶液一侧加如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓压，使高浓度水溶液侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧，这一过程就称为度水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧，这一过程就称为反渗透（图反渗

49、透（图4 44c4c）。）。 北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院表表43 反渗透、超反渗透、超滤滤和微孔和微孔过滤过滤技技术术的原理和操作特点比的原理和操作特点比较较分离技术类型分离技术类型反渗透反渗透超滤超滤微滤微滤膜的形式膜的形式表面致密的非对称膜、表面致密的非对称膜、复合膜等复合膜等非对称膜、表面微孔非对称膜、表面微孔微孔膜微孔膜膜材料膜材料纤维素、聚酰胺等纤维素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等聚丙烯腈、聚砜等纤维素、纤维素、PVCPVC等等操作压力操作压力/ /MPaMPa2 21001000.10.10.50.50.010.010.20.2分离的物质分离的物质分子量小于分子量小于50

50、0500的小分的小分子物质子物质分子量大于分子量大于500500的大的大分子和细小胶体微粒分子和细小胶体微粒0.10.110m10m的的粒子粒子分离机理分离机理非简单筛分，膜的物化非简单筛分，膜的物化性能对分离起主要作用性能对分离起主要作用筛分，膜的物化性能筛分，膜的物化性能对分离起一定作用对分离起一定作用筛分，膜的物筛分，膜的物理结构对分离理结构对分离起决定作用起决定作用水的渗透通量水的渗透通量 / /(m(m3 3.m.m-2-2.d.d-1-1) )0.10.12.52.50.50.55 52020200200北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院 反渗透与纳滤、超滤、微滤的比较：反渗

51、透与纳滤、超滤、微滤的比较： 反渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动力使溶剂通过膜的反渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动力使溶剂通过膜的分离过程，它们组成了分离溶液中的离子、分子到固体微粒的三级膜分离过程，它们组成了分离溶液中的离子、分子到固体微粒的三级膜分离过程。一般来说，分离溶液中分子量低于分离过程。一般来说，分离溶液中分子量低于500500的低分子物质，应的低分子物质，应该采用反渗透膜；分离溶液中分子量大于该采用反渗透膜；分离溶液中分子量大于500500的大分子或极细的胶体的大分子或极细的胶体粒子（粒子（0.05um-1nm0.05um-1nm）可以选择超滤，粒子（）可以选择超滤，

52、粒子（0.1nm-1nm0.1nm-1nm）可以选择纳）可以选择纳滤，而分离溶液中的直径滤，而分离溶液中的直径0.10.110m10m的粒子应该选微滤。以上关于反的粒子应该选微滤。以上关于反渗透膜、超滤膜和微孔膜之间的分界并不是十分严格、明确的，之间渗透膜、超滤膜和微孔膜之间的分界并不是十分严格、明确的，之间可能存在一定的相互重叠。可能存在一定的相互重叠。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院反渗透膜技术应用领域：反渗透膜技术应用领域： 反渗透膜最早应用于苦咸水淡化。随着膜技术的发展，反渗透技反渗透膜最早应用于苦咸水淡化。随着膜技术的发展，反渗透技术已扩展到化工、电子及医药等领域。术已扩展到

53、化工、电子及医药等领域。1 1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉用水，高纯水）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉用水，高纯水的制备。近年来，反渗透技术在家用饮水机及直饮水给水系统中的应的制备。近年来，反渗透技术在家用饮水机及直饮水给水系统中的应用更体现了其优越性。用更体现了其优越性。2 2）在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖啡浸液等。与常用的冷）在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖啡浸液等。与常用的冷冻干燥和蒸发脱水浓缩等工艺比较，反渗透法脱水浓缩成本较低，而冻干燥和蒸发脱水浓缩等工艺比较，反渗透法脱水浓缩成本较低，而且产品的疗效、风味和营养等均不受影响

54、。且产品的疗效、风味和营养等均不受影响。3 3）印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回收利用废业中有用的物）印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回收利用废业中有用的物质等。质等。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v5 5、透析（渗析）、透析（渗析）v透析现象：容器中，在半透膜两边分别放置一种溶液和水，溶液中大透析现象：容器中，在半透膜两边分别放置一种溶液和水，溶液中大分子不能通过半透膜，而小分子可以穿过半透膜而相互渗透。水分自分子不能通过半透膜，而小分子可以穿过半透膜而相互渗透。水分自渗透压低侧向渗透压高侧移动，电解质及其他小分子物质从浓度高侧渗透压低侧向渗透压高侧移动，电解质及其他

55、小分子物质从浓度高侧向浓度低册方向移动。向浓度低册方向移动。v透析与超滤的区别：透析与超滤的区别：1 1）透析的驱动力是浓度差，超滤是压力差；）透析的驱动力是浓度差，超滤是压力差；2 2）透析过程是膜的小分子自身的净流，超滤过程是小分子溶剂和溶质的）透析过程是膜的小分子自身的净流，超滤过程是小分子溶剂和溶质的混合流。混合流。进料进料接受液接受液净化液净化液扩散液扩散液北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v6 6、渗透蒸发（膜蒸馏）渗透蒸发（膜蒸馏）v是指液体混合物在膜两侧组分的蒸气分压差的推动力下，透过膜并部是指液体混合物在膜两侧组分的蒸气分压差的推动力下，透过膜并部分蒸发，从而达到分离目

56、的的一种膜分离方法。分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。v可用于传统分离手段较难处理的恒沸物及近沸点物系的分离。可用于传统分离手段较难处理的恒沸物及近沸点物系的分离。v渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分离液体混合物。渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分离液体混合物。两者一致吗两者一致吗？北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v由高分子膜将装置分为两个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，由高分子膜将装置分为两个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧是与真空系统相连接或用惰性气体吹扫的气相室。混合物通过高下侧是与真空系统相连接或用惰性气体吹扫的气相室。混合物通过高分子膜

57、的选择渗透，其中某一组分渗透到膜的另一侧。由于在气相室分子膜的选择渗透，其中某一组分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中该组分的蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表面汽化。蒸气随中该组分的蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表面汽化。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷凝下来即得渗透产物。渗透蒸发后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷凝下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜内渗透组分的浓度梯度。过程的推动力是膜内渗透组分的浓度梯度。图图46a 渗透蒸发分离示意图渗透蒸发分离示意图(真空气化真空气化)北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v7 7、膜蒸馏、膜蒸馏v膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的方法

58、。膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的方法。v其传质推动力是膜热侧和冷侧水溶液间的其传质推动力是膜热侧和冷侧水溶液间的 温度差引起的传质组分的温度差引起的传质组分的气相分压差。气相分压差。v原理：当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分开时，由于膜的原理：当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分开时，由于膜的 疏水性，疏水性，两侧的水溶液不能透过膜孔进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面两侧的水溶液不能透过膜孔进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的的 水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽会透过膜进入冷侧而冷凝。水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽会透过膜进入冷侧而冷凝。v膜蒸馏具有相变化。膜蒸馏具有相变化。北方民族大学材料学院北方民族大学

59、材料学院8 8、气体分离膜、气体分离膜 气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔膜。它们的分离机气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔膜。它们的分离机理各不相同。理各不相同。（1 1）非多孔均质膜的溶解扩散机理）非多孔均质膜的溶解扩散机理 该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分四步进行：气体该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分四步进行：气体与膜接触，分子溶解在膜中，溶解的分子由于浓度梯度进行活性扩散，与膜接触，分子溶解在膜中，溶解的分子由于浓度梯度进行活性扩散，分子在膜的另一侧逸出。分子在膜的另一侧逸出。（2 2）多孔膜的透过扩散机理）多孔膜的透过扩散机理 用多孔膜分离混合气体，是借助

60、于各种气体流过膜中细孔时产用多孔膜分离混合气体，是借助于各种气体流过膜中细孔时产生的速度差来进行的。生的速度差来进行的。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院9 9、液膜、液膜（1 1） 液膜的概念和特点液膜的概念和特点 液膜是一层很薄的液体膜。它能把两个互溶的、但组成不同的溶液膜是一层很薄的液体膜。它能把两个互溶的、但组成不同的溶液隔开，并通过这层液膜的选择性渗透作用实现物质的分离。根据形液隔开，并通过这层液膜的选择性渗透作用实现物质的分离。根据形成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶剂型的。成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶剂型的。（2 2）液膜的组成）液膜的组成 1 1

61、）膜溶剂）膜溶剂 膜溶剂是形成液膜的基体物质。选择膜溶剂主要考虑膜的稳定性膜溶剂是形成液膜的基体物质。选择膜溶剂主要考虑膜的稳定性和对溶剂的溶解性。为了保持膜的稳定性，就要求膜溶剂具有一定的和对溶剂的溶解性。为了保持膜的稳定性，就要求膜溶剂具有一定的粘度。膜溶剂对溶质的溶解性则首先希望它对欲提取的溶质能优先溶粘度。膜溶剂对溶质的溶解性则首先希望它对欲提取的溶质能优先溶解，对其他欲除去溶质的溶解度尽可能小。当然膜溶剂不能溶于欲被解，对其他欲除去溶质的溶解度尽可能小。当然膜溶剂不能溶于欲被液膜分隔的溶液，并希望膜溶剂与被其分隔的溶液有一定的相对密度液膜分隔的溶液，并希望膜溶剂与被其分隔的溶液有一定

62、的相对密度差（一般要求相差差（一般要求相差0.025g/cm30.025g/cm3）。）。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院 2 2）表面活性剂）表面活性剂 表面活性剂是分子中含有亲水基和疏水基两个部分的化合物，在表面活性剂是分子中含有亲水基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可以定向排列，显著改变液体表面张力或相互间界面张力。表液体中可以定向排列，显著改变液体表面张力或相互间界面张力。表面活性剂是制备液膜的最重要的组分，它直接影响膜的稳定性、渗透面活性剂是制备液膜的最重要的组分，它直接影响膜的稳定性、渗透速度等性能。在实际使用中，表面活性剂的选择是一个较复杂的问题，速度等性能。在实际使用

63、中，表面活性剂的选择是一个较复杂的问题，需根据不同的应用对象进行实验选择。需根据不同的应用对象进行实验选择。 3 3）流动载体）流动载体 流动载体的作用使指定的溶质或离子进行选择性迁移，对分离指流动载体的作用使指定的溶质或离子进行选择性迁移，对分离指定的溶质或离子的选择性和渗透通量起着决定性的影响，其作用相当定的溶质或离子的选择性和渗透通量起着决定性的影响，其作用相当于萃取剂。它的研究是液膜分离技术的关键。于萃取剂。它的研究是液膜分离技术的关键。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院（3 3）液膜的类型）液膜的类型 从形状来分类，可将液膜分为支撑型液膜和球形液膜两类，后者从形状来分类，可将液

64、膜分为支撑型液膜和球形液膜两类，后者又可分为单滴型液膜和乳液型液膜两种。又可分为单滴型液膜和乳液型液膜两种。 1 1）支撑型液膜）支撑型液膜 把微孔聚合物膜浸在有机溶剂中，有机溶剂即充满膜中的微孔而把微孔聚合物膜浸在有机溶剂中，有机溶剂即充满膜中的微孔而形成液膜。形成液膜。支撑型液膜示意图支撑型液膜示意图 此类液膜目前主要用于物质的萃此类液膜目前主要用于物质的萃取。当支撑型液膜作为萃取剂将料液取。当支撑型液膜作为萃取剂将料液和反萃液分隔开时，被萃组分即从膜和反萃液分隔开时，被萃组分即从膜的料液侧传递到反萃液侧，然后被反的料液侧传递到反萃液侧，然后被反萃液萃取，从而完成物质的分离。这萃液萃取，从

65、而完成物质的分离。这种液膜的操作虽然较简便，但存在传种液膜的操作虽然较简便，但存在传质面积小，稳定性较差，支撑液体容质面积小，稳定性较差，支撑液体容易流失的缺点。易流失的缺点。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院2 2）乳液型液膜）乳液型液膜 首先把两种互不相溶的液体在高剪切下制成乳液，然后再将该首先把两种互不相溶的液体在高剪切下制成乳液，然后再将该乳液分散在第三相（连续相），即外相中。乳状液滴内被包裹的相为乳液分散在第三相（连续相），即外相中。乳状液滴内被包裹的相为内相，内、外相之间的部分是液膜。一般情况下乳液颗粒直径为内相，内、外相之间的部分是液膜。一般情况下乳液颗粒直径为0.10.1

66、1 mm1 mm，液膜本身厚度为，液膜本身厚度为1 110 10 mm。根据成膜材料也分为水膜和油。根据成膜材料也分为水膜和油膜两种。膜两种。 上述三种液膜中，乳液型液膜的传质比表面最大，膜的厚度最小，上述三种液膜中，乳液型液膜的传质比表面最大，膜的厚度最小，因此传质速度快，分离效果较好，具有较好的工业化前景。因此传质速度快，分离效果较好，具有较好的工业化前景。乳液型液膜示意图乳液型液膜示意图北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v1010、无机膜、无机膜v无机膜是指采用陶瓷、金属、金属氧化物、玻璃、硅酸盐、沸石及炭无机膜是指采用陶瓷、金属、金属氧化物、玻璃、硅酸盐、沸石及炭素等无机材料制成

67、的半透膜。素等无机材料制成的半透膜。v优点：化学性质温度；优点：化学性质温度； 耐高温，用于高温分离；耐高温，用于高温分离； 机械强度高；机械强度高； 应用于膜催化反应。应用于膜催化反应。北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院第四节第四节 萃取萃取v萃取分离：是将样品中的目标化合物选择性地转移到另一相萃取分离：是将样品中的目标化合物选择性地转移到另一相中，或选择性的保留在原来的相中（转移非目标化合物），中，或选择性的保留在原来的相中（转移非目标化合物），从而使目标化合物和原来的复杂基体相互分离。从而使目标化合物和原来的复杂基体相互分离。v分类：分类：萃取相萃取相溶剂溶剂固体物质固体物质超临界

68、流体超临界流体分离方法分离方法溶剂萃取溶剂萃取固相萃取固相萃取超临界流萃取超临界流萃取北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院1 1、溶剂萃取、溶剂萃取（solvent extraction)v溶剂萃取：利用不同物质在互不相溶的两液相间的分配系数的差异。溶剂萃取：利用不同物质在互不相溶的两液相间的分配系数的差异。 对于有机物：可直接进行溶剂萃取对于有机物：可直接进行溶剂萃取 对于水溶性的无机物：通常要在溶剂中加入能与被分离离子形成疏对于水溶性的无机物：通常要在溶剂中加入能与被分离离子形成疏 水性化合物的试剂水性化合物的试剂萃取剂萃取剂v萃取过程：萃取过程：萃取剂萃取剂无机物水溶液无机物水溶液有

69、机溶剂有机溶剂 萃取化合物萃取化合物有机溶剂有机溶剂 水溶液水溶液含萃合物含萃合物有机溶剂有机溶剂疏水作用疏水作用北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v处理传统的溶剂萃取方法，还出现了一些新型萃取技术：处理传统的溶剂萃取方法，还出现了一些新型萃取技术：v（1 1）溶剂微萃取）溶剂微萃取（solvent microextraction)现代分离方法与技术现代分离方法与技术 P68图图5-6v（2 2）微波辅助溶剂萃取）微波辅助溶剂萃取（microwave assisted solvent microextraction)v（3 3）胶团萃取）胶团萃取（micellar microextrac

70、tion)v（4 4）双水相萃取）双水相萃取主要用于生物活性物质主要用于生物活性物质北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院2 2、超临界流萃取、超临界流萃取v（1）超临界流体：）超临界流体： 当物质处于其临界温度（当物质处于其临界温度（Tc）和临界压力（）和临界压力（Pc）以上时，即使继）以上时，即使继续加压，也不会液化，只是密度增加而已，其具有类似液体的性质，续加压，也不会液化，只是密度增加而已，其具有类似液体的性质，而且还保留了气体的性能，这种状态称为超临界流体（而且还保留了气体的性能，这种状态称为超临界流体（supercritical fluid)。现代分离方法与技术现代分离方法与技术

71、 P21图图2-2北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v（2）超临界流体特性）超临界流体特性v1 1）密度与液体相近，但粘度接近气体。）密度与液体相近，但粘度接近气体。 即具有液体对物质的高溶解特性，也具有气体易扩散、流动特性。即具有液体对物质的高溶解特性，也具有气体易扩散、流动特性。v2 2）在此状态中）在此状态中, ,液态的密度与其饱和蒸汽的密度相同液态的密度与其饱和蒸汽的密度相同, ,因此界面消失。因此界面消失。v3 3）临界点附近温度和压力的微小变化，会引起密度的显著变化，即）临界点附近温度和压力的微小变化，会引起密度的显著变化，即使流体溶解物质的能力显著变化。使流体溶解物质的能力

72、显著变化。现代分离方法与技术现代分离方法与技术 P85表表5-8超临界流萃取超临界流萃取的原理的原理北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院v（3）超临界流萃取：以超临界流体作流动相，直接从固体（粉末）超临界流萃取：以超临界流体作流动相，直接从固体（粉末）或液体样品中萃取目标物质的分离方法。或液体样品中萃取目标物质的分离方法。v2是是SFE法最常用的溶剂法最常用的溶剂(超临界压超临界压2 9atm,临界温度临界温度313)价廉、价廉、操作简便、尤其对亲油组份溶解性好。操作简便、尤其对亲油组份溶解性好。v（4）超临界萃取工艺流程）超临界萃取工艺流程现代分离方法与技术现代分离方法与技术 P88表表5-22高压下溶高压下溶解度大解度大高温下溶高温下溶解度大解度大吸附剂吸附剂北方民族大学材料学院北方民族大学材料学院