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1、第第1 1节节 物质的分离和纯化技术物质的分离和纯化技术一、分离和纯化方法的分类及特征一、分离和纯化方法的分类及特征分离 机械分离机械分离，对象是两相以上的混合，对象是两相以上的混合物，例如，过滤、沉降、离心分离、物，例如，过滤、沉降、离心分离、旋风分离和静电除尘等。旋风分离和静电除尘等。传质分离传质分离，用于各种均相混合物的，用于各种均相混合物的分离，特点是由质量传递现象发生；分离，特点是由质量传递现象发生；有可分为有可分为平衡分离过程平衡分离过程和和速率分离速率分离过程。过程。1/3/20231 平衡分离过程：平衡分离过程：该过程是借助分离媒介（如热能、溶剂该过程是借助分离媒介（如热能、溶
2、剂 和吸附剂）是均相混合物系统变成两相系和吸附剂）是均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分处于相平衡的两统，再以混合物中各组分处于相平衡的两相中的不同分配为依据而实现分离。相中的不同分配为依据而实现分离。分离媒介：分离媒介：能量媒介（能量媒介（ESA）和物质媒介（）和物质媒介（MSA）。1/3/20232速率分离过程速率分离过程：速率分离过程是在某种推动力（浓度差、速率分离过程是在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性有时在选择性透过膜透过膜的配合下，利用各组的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。分扩散速率的
3、差异实现组分的分离。这类过程所处理的原料属于同一相态，这类过程所处理的原料属于同一相态，仅有组成上的差异。仅有组成上的差异。1/3/20233常见的平衡分离过程有：蒸馏蒸馏 蒸馏装置的目的在将蒸馏装置的目的在将一个容器中的某一成分一个容器中的某一成分利用蒸发和冷凝的过程利用蒸发和冷凝的过程将其分离出來，以达到将其分离出來，以达到纯化该物质的结果。纯化该物质的结果。1/3/20234精馏 精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法 精馏的原理：多次而且同时运用部分气化和部分冷凝的方法，使混合液得到较完全分离，以分别获得接近纯组分的操作。1/3/20235 溶液萃取用溶剂从液体混合物中提取
4、其中某种组分的操作称为液/液萃取。萃取是利用溶液中各组分在所选用的溶剂中溶解度的差异，使溶质进行液液传质，以达到分离均相液体混合物的操作。溶液萃取是工业上广泛采用的分离技术。1/3/20236萃取操作全过程可包括：1原料液与萃取剂充分混合接触，完成溶质传质过程；2萃取相和萃余相的分离过程；3从萃取相和萃余相中回收萃取剂的过程。通常用蒸馏方法回收。1/3/20237 蒸发蒸发 蒸发一般是指通过热量的传递，引起汽化使液体转变为气体的过程。如：蒸馏水的制备,一些晶体的提纯等。1/3/20238 重重结晶结晶 重结晶是利用固体混合物中目标组分在某重结晶是利用固体混合物中目标组分在某种溶剂中的溶解度随温
5、度变化有明显差异，种溶剂中的溶解度随温度变化有明显差异，在较高温度下溶解度大，降低温度时溶解在较高温度下溶解度大，降低温度时溶解度小，从而能实现分离提纯。度小，从而能实现分离提纯。1/3/20239 升华升华 升华是物质由固体不经液体状态直接转化升华是物质由固体不经液体状态直接转化成气体的过程，一般是在高真空下进行成气体的过程，一般是在高真空下进行。1/3/202310 吸附吸附 吸附的应用一般仍然限于分离低浓度的组吸附的应用一般仍然限于分离低浓度的组分。近年来由于吸附剂及工程技术的发展，分。近年来由于吸附剂及工程技术的发展，使吸附的应用扩大了。已经工业化的过程有使吸附的应用扩大了。已经工业化
6、的过程有多种气体和有机液体的脱水和净化操作。多种气体和有机液体的脱水和净化操作。1/3/202311 离子交换离子交换 离子交换也是一种重要的单元操作。它采离子交换也是一种重要的单元操作。它采用离子交换树脂有选择地除去某组分，而树用离子交换树脂有选择地除去某组分，而树酯本身能够再生。酯本身能够再生。1/3/202312 泡沫分离泡沫分离 泡沫分离是基于物质有不同的表面性质，泡沫分离是基于物质有不同的表面性质，当惰性气体在溶液中鼓泡时，某组分可被选当惰性气体在溶液中鼓泡时，某组分可被选择地吸附在从溶液上升的气泡表面上，直至择地吸附在从溶液上升的气泡表面上，直至带到溶液上方泡沫层内浓缩并加以分离。
7、为带到溶液上方泡沫层内浓缩并加以分离。为了使溶液产生稳定的气泡，往往加入表面活了使溶液产生稳定的气泡，往往加入表面活性剂。表面活性和鼓泡特征是泡沫分离的基性剂。表面活性和鼓泡特征是泡沫分离的基础。础。1/3/202313 区域熔炼区域熔炼 区域熔炼是根据液体混合物在冷凝结晶过区域熔炼是根据液体混合物在冷凝结晶过程中组分重新分布的原理，通过对此熔融和程中组分重新分布的原理，通过对此熔融和凝固，制备高纯度的金属、半导体材料和有凝固，制备高纯度的金属、半导体材料和有机化合物的一种提纯方法。机化合物的一种提纯方法。1/3/202314近年来，涌现出的新型平衡分离技术：新型多级分步结晶技术新型多级分步结
8、晶技术 重复地运用部分凝固和部分熔融，利用重复地运用部分凝固和部分熔融，利用原原料中不同组分间凝固点的差异料中不同组分间凝固点的差异而实现分离，而实现分离，与精馏相比，能耗可大幅度下降，设备费也与精馏相比，能耗可大幅度下降，设备费也低于精馏。低于精馏。1/3/202315变压吸附技术变压吸附技术 近年来在工业上新崛起的气体分离技术。近年来在工业上新崛起的气体分离技术。其其基本原理基本原理是利用是利用气体组分在固体吸附材料气体组分在固体吸附材料上的吸附性的差异，上的吸附性的差异，通过周期性的压力变化通过周期性的压力变化实现气体的分离。在我国有几十年的历史，实现气体的分离。在我国有几十年的历史，已
9、进入世界先进行列。优点：能耗低、流程已进入世界先进行列。优点：能耗低、流程简单、产品气体纯度高。举例：合成氨尾简单、产品气体纯度高。举例：合成氨尾气、甲醇尾气制纯氢。从含气、甲醇尾气制纯氢。从含CO或或CO2混合气混合气中制纯中制纯CO和和CO2；从空气中制富氧和纯氢；从空气中制富氧和纯氢等。等。1/3/202316超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术 利用超临界区溶剂的高溶解性和高选择性利用超临界区溶剂的高溶解性和高选择性将溶质萃取出来，再利用在临界温度和临界将溶质萃取出来，再利用在临界温度和临界压力以下溶解度急剧降低，使溶质和溶剂迅压力以下溶解度急剧降低，使溶质和溶剂迅速分离。该法用于天然
10、产物中的有效成分和速分离。该法用于天然产物中的有效成分和生化产品的分离提取。生化产品的分离提取。1/3/202317常见的常见的速率分离速率分离技术有：技术有：膜分离膜分离 膜分离是利用流体中各组分对膜的渗透膜分离是利用流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作。速率的差别而实现组分分离的单元操作。膜：固态或液态膜：固态或液态 所处理的流体：液体、气体所处理的流体：液体、气体 过程的推动力：压力差、浓度差和电位差过程的推动力：压力差、浓度差和电位差 1/3/202318二、二、吸附分离技术吸附分离技术 在吸附分离过程中，流动相中的溶质选择在吸附分离过程中，流动相中的溶质选择性地吸
11、附于不溶性固体吸附剂颗粒上。在吸性地吸附于不溶性固体吸附剂颗粒上。在吸附过程中，气体或液体中的分子、原子或离附过程中，气体或液体中的分子、原子或离子传递到吸附剂固体的外和内表面，依靠键子传递到吸附剂固体的外和内表面，依靠键或微弱的分子间吸附于固体上。或微弱的分子间吸附于固体上。1/3/202319二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（1 1）吸附过程）吸附过程 利用多孔固体颗粒选择性地吸附流体中一个利用多孔固体颗粒选择性地吸附流体中一个或多个组分，从而使流体混合物得以分离的或多个组分，从而使流体混合物得以分离的方法称为方法称为吸附操作吸附操作。被吸附物质称为被吸附物质称为吸附质吸
12、附质，具有多孔表面的固体称为具有多孔表面的固体称为吸附剂吸附剂。1/3/202320二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（1 1）吸附过程）吸附过程大多数情况下，吸附为大多数情况下，吸附为物理吸附，物理吸附，是是可逆可逆的，随温的，随温度的升高或被吸附质的分压的降低，吸附质会解吸度的升高或被吸附质的分压的降低，吸附质会解吸。由吸附质和吸附剂分子间化学键作用而引起的吸附由吸附质和吸附剂分子间化学键作用而引起的吸附称为称为化学吸附化学吸附，其放出的热量与化学反应热的数量，其放出的热量与化学反应热的数量级相当，过程往往是级相当，过程往往是不可逆不可逆的。如加氢催化中镍对的。如加氢催化中
13、镍对氢的吸附，固体脱硫剂脱除原料气中的微量的硫化氢的吸附，固体脱硫剂脱除原料气中的微量的硫化物等。物等。1/3/202321二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（2）吸附剂吸附剂 吸附剂主要分为四大类吸附剂主要分为四大类:活性炭，沸石分子活性炭，沸石分子筛、硅胶和活性氧化铝。筛、硅胶和活性氧化铝。主要特征是：多孔结构和很大的比表面。主要特征是：多孔结构和很大的比表面。常用吸附剂的比表面积约为常用吸附剂的比表面积约为300-1200m300-1200m2 2/g/g。吸附剂的关键性能是：选择吸附性能。吸附剂的关键性能是：选择吸附性能。1/3/202322二、二、吸附分离技术吸附分离
14、技术1 1、概述、概述（2 2）吸附剂吸附剂 活性炭活性炭 炭质吸附剂的总称炭质吸附剂的总称 制备：制备：几乎所有的有机物都可作为活性炭的几乎所有的有机物都可作为活性炭的原料。将原料在隔绝空气的条件下加热至原料。将原料在隔绝空气的条件下加热至600600左右，使其热分解，得到的残炭再在左右，使其热分解，得到的残炭再在800800以上高温下与空气、水蒸汽或二氧化碳以上高温下与空气、水蒸汽或二氧化碳反应使其烧蚀，便生成多孔的活性炭反应使其烧蚀，便生成多孔的活性炭 1/3/202323二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（2 2）吸附剂吸附剂 活性炭活性炭活性炭的表面为非极性和疏水表面
15、。活性炭的表面为非极性和疏水表面。优点优点是是性能稳定、抗腐蚀、吸附容量大和解吸容性能稳定、抗腐蚀、吸附容量大和解吸容易，经过多次循环使用，仍可保持原有的吸易，经过多次循环使用，仍可保持原有的吸附性能。附性能。1/3/202324二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（2）吸附剂吸附剂 活性炭活性炭活性炭常用于回收气体中的有机物，脱除废活性炭常用于回收气体中的有机物，脱除废水中的有机物，脱除水溶液中的色素等。活水中的有机物，脱除水溶液中的色素等。活性炭可制成粉末状、球状、圆柱状或碳纤维性炭可制成粉末状、球状、圆柱状或碳纤维等。等。1/3/202325二、二、吸附分离技术吸附分离技术
16、1 1、概述、概述（2）吸附剂吸附剂 沸石分子筛沸石分子筛 Mx/m(AlO2)x(SiO2)yZH2O 表示的含水硅酸盐，其中M为A和A族金属元素，多数为钠与钙。m表示金属离子的价数。沸石分子筛具有Al-Si晶形结构1/3/202326二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（2）吸附剂吸附剂 沸石分子筛沸石分子筛沸石分子筛具有高度规则的笼和孔。每一种沸石分子筛具有高度规则的笼和孔。每一种分子筛都具有特定的均一孔径，根据其配料分子筛都具有特定的均一孔径，根据其配料比，组成和制造方法不同，可以制得各种孔比，组成和制造方法不同，可以制得各种孔径和形状的分子筛。径和形状的分子筛。1/3/
17、202327二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（2）吸附剂吸附剂 沸石分子筛沸石分子筛沸石分子筛是强极性吸附剂，对极性分子如沸石分子筛是强极性吸附剂，对极性分子如H2O、CO2、H2S和其他类似物质有很强的和其他类似物质有很强的亲和力，而与有机物亲和力较弱。亲和力，而与有机物亲和力较弱。1/3/202328二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（2）吸附剂吸附剂 硅胶硅胶 化学式为化学式为SiO2n H2O 制备制备：用硅酸钠和无机酸反应生成：用硅酸钠和无机酸反应生成H2SiO3，其水合物在适宜条件下聚合、缩合而成为其水合物在适宜条件下聚合、缩合而成为硅氧四面体的多
18、聚物，经聚集、洗盐、脱硅氧四面体的多聚物，经聚集、洗盐、脱水成为硅胶。在制造过程中控制胶团的尺水成为硅胶。在制造过程中控制胶团的尺寸和堆积的配位数，可以控制硅胶的孔容、寸和堆积的配位数，可以控制硅胶的孔容、孔径和表面积。孔径和表面积。1/3/202329二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（2）吸附剂吸附剂活性氧化铝活性氧化铝 化学式化学式 Al2O3n H2O。制法制法：用无机酸的铝盐与碱反应生成氢氧化：用无机酸的铝盐与碱反应生成氢氧化铝的溶胶，然后转变为凝胶，经灼烧脱水即铝的溶胶，然后转变为凝胶，经灼烧脱水即成活性氧化铝。其成活性氧化铝。其活性中心活性中心是：羟基和路易是：羟
19、基和路易斯酸中心，极性强，对水有很高的亲和作用斯酸中心，极性强，对水有很高的亲和作用。与沸石分子筛相似，水分子与氧化铝表面。与沸石分子筛相似，水分子与氧化铝表面的亲和作用不像与沸石分子筛那样强，所以的亲和作用不像与沸石分子筛那样强，所以氧化铝可在适中温度下重生。氧化铝可在适中温度下重生。1/3/202330二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（3 3）吸附平衡）吸附平衡 当流体与固体吸附剂接触时，流体中的吸当流体与固体吸附剂接触时，流体中的吸附质将被吸附质吸附，经过足够长的时间，附质将被吸附质吸附，经过足够长的时间，吸附质在两相中的浓度不再变化，称为吸附质在两相中的浓度不再变化，
20、称为吸吸附平衡附平衡。吸附平衡关系通常用等温下吸附剂中吸附吸附平衡关系通常用等温下吸附剂中吸附质的含量与流体相中吸附质的浓度或分压质的含量与流体相中吸附质的浓度或分压间的关系表示，称为吸附等温线。间的关系表示，称为吸附等温线。1/3/202331二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（3 3）吸附平衡）吸附平衡 气体吸附平衡气体吸附平衡 单组分气体吸附平衡单组分气体吸附平衡 单组分气体吸附等单组分气体吸附等温线可分为五种基本类型（如物化所示）温线可分为五种基本类型（如物化所示）多组分气体的吸附多组分气体的吸附 一个组分的增加可增一个组分的增加可增加、降低或不影响另外组分的吸附，这取
21、加、降低或不影响另外组分的吸附，这取决于被吸附分子的相互作用。决于被吸附分子的相互作用。1/3/202332二、二、吸附分离技术吸附分离技术1 1、概述、概述（3 3）吸附平衡）吸附平衡 液相吸附平衡液相吸附平衡 液相吸附的机理远比气相液相吸附的机理远比气相复杂，除温度和溶质的浓度外，吸附剂对复杂，除温度和溶质的浓度外，吸附剂对溶剂和溶质的吸附、溶质的溶解度和离子溶剂和溶质的吸附、溶质的溶解度和离子化、各种溶质之间的相互作用以及共吸附化、各种溶质之间的相互作用以及共吸附现象等都会对吸附产生不同的影响。现象等都会对吸附产生不同的影响。1/3/202333二、二、吸附分离技术吸附分离技术2.吸附机
22、理吸附机理吸附质在吸附剂的多孔表面被吸附分为四步吸附质在吸附剂的多孔表面被吸附分为四步 外扩散过程外扩散过程-吸附质从流体主体通过分子吸附质从流体主体通过分子扩散与对流扩散穿过薄膜或边界层传递到扩散与对流扩散穿过薄膜或边界层传递到吸附剂的外表面吸附剂的外表面 内扩散过程内扩散过程-通过孔扩散从吸附剂的外表通过孔扩散从吸附剂的外表面传递到微孔结构的内表面。面传递到微孔结构的内表面。表面扩散表面扩散吸附质沿孔表面扩散吸附质沿孔表面扩散吸附质被吸附在孔的表面吸附质被吸附在孔的表面1/3/202334二、二、吸附分离技术吸附分离技术3.3.吸附分离工艺简介吸附分离工艺简介 根据待分离物系中各组分性质和
23、过程的根据待分离物系中各组分性质和过程的分离要求（如纯度、回收率、能耗等），在分离要求（如纯度、回收率、能耗等），在选择适当吸附剂和解吸剂的基础上，采用相选择适当吸附剂和解吸剂的基础上，采用相应的工艺流程和设备。常用的吸附分离设备应的工艺流程和设备。常用的吸附分离设备有：吸附搅拌槽、固定床吸附器、移动床和有：吸附搅拌槽、固定床吸附器、移动床和流化床吸附塔。流化床吸附塔。1/3/202335二、二、吸附分离技术吸附分离技术3.3.吸附分离工艺简介吸附分离工艺简介（1 1）吸附搅拌槽）吸附搅拌槽 用于液体的吸附分离。用于液体的吸附分离。将要处理的液体与粉末状（或颗粒状）吸附将要处理的液体与粉末状（
24、或颗粒状）吸附剂加入搅拌槽中，在良好的搅拌下，固液形剂加入搅拌槽中，在良好的搅拌下，固液形成悬浮液，在液固充分接触中吸附质被吸成悬浮液，在液固充分接触中吸附质被吸附。搅拌槽式吸附操作多用于液体的精制，附。搅拌槽式吸附操作多用于液体的精制，例如脱水、脱色、脱臭等。例如脱水、脱色、脱臭等。1/3/202336二、二、吸附分离技术吸附分离技术植物油脱色的吸附设备植物油脱色的吸附设备3.吸附分离工艺简介吸附分离工艺简介（1）吸附搅拌槽）吸附搅拌槽1/3/202337二、二、吸附分离技术吸附分离技术3.3.吸附分离工艺简介吸附分离工艺简介（2）固定床吸附固定床吸附 多数为圆柱形立式筒体设多数为圆柱形立式
25、筒体设备。在筒体内的多孔支撑板备。在筒体内的多孔支撑板上堆放吸附剂颗粒，成为固上堆放吸附剂颗粒，成为固定的吸附床层。欲处理的流定的吸附床层。欲处理的流体至上而下或至下而上通过体至上而下或至下而上通过固定吸附床层时，吸附质被固定吸附床层时，吸附质被吸附在吸附剂上，其余流体吸附在吸附剂上，其余流体则有出口排出则有出口排出 回收工业废气中的苯蒸气回收工业废气中的苯蒸气1/3/202338二、二、吸附分离技术吸附分离技术3.3.吸附分离工艺简介吸附分离工艺简介连续再生吸连续再生吸附塔示意图附塔示意图（回收混合气体中（回收混合气体中的有机溶剂）的有机溶剂）1/3/202339三、膜分离技术三、膜分离技术
26、膜分离膜分离是指通过特定是指通过特定的膜的渗透作用，借的膜的渗透作用，借助于外界能量或化学助于外界能量或化学位差的推动，对两组位差的推动，对两组分或多组分混合物的分或多组分混合物的气体或液体进行分气体或液体进行分离、分级、提纯和富离、分级、提纯和富集。集。MembraneAcceptor phaseDonor phase1/3/202340三、膜分离技术三、膜分离技术特点特点：大多数膜分离过程不发生相变化，能：大多数膜分离过程不发生相变化，能耗低；在常温下进行，适合热敏性物质的分耗低；在常温下进行，适合热敏性物质的分离、分级和浓缩；膜分离过程适用的对象广离、分级和浓缩；膜分离过程适用的对象广泛
27、，大到肉眼能看到的颗粒，小到离子和气泛，大到肉眼能看到的颗粒，小到离子和气体分子；膜分离过程装置简单、操作溶液、体分子；膜分离过程装置简单、操作溶液、易于控制和维修，投资费用低。易于控制和维修，投资费用低。1/3/202341三、膜分离技术三、膜分离技术1.1.膜的定义和分类膜的定义和分类 膜是把两个物相空间隔开而又使之互相关膜是把两个物相空间隔开而又使之互相关联、发生质量和能量传输过程的一个中间联、发生质量和能量传输过程的一个中间介入相，可以使液相、固相和气相，也可介入相，可以使液相、固相和气相，也可以是它们的组合。以是它们的组合。膜是分离技术的核心，通常对膜的要求是：膜是分离技术的核心，通
28、常对膜的要求是：具有良好的成膜性，热稳定性，化学稳定具有良好的成膜性，热稳定性，化学稳定性，耐酸、碱、微生物侵蚀和耐氧化性性，耐酸、碱、微生物侵蚀和耐氧化性。1/3/202342三、膜分离技术三、膜分离技术膜的种类繁多，性能各异，现归纳如下：膜的种类繁多，性能各异，现归纳如下：按成膜材料分：有机高分子材料膜和无机按成膜材料分：有机高分子材料膜和无机膜。膜。从膜的形状分：有平板式、管式、中空纤从膜的形状分：有平板式、管式、中空纤维式、毛细管。维式、毛细管。从膜的用途分：海水膜、苦咸水膜、废水从膜的用途分：海水膜、苦咸水膜、废水处理膜等。处理膜等。1/3/202343三、膜分离技术三、膜分离技术2
29、.传统膜分离技术传统膜分离技术反渗透反渗透 是与自然渗透过程相反的膜分离过是与自然渗透过程相反的膜分离过程。渗透和反渗透是通过半透膜来完成的。程。渗透和反渗透是通过半透膜来完成的。在浓溶液的一侧施加比自然渗透压更高的压在浓溶液的一侧施加比自然渗透压更高的压力，迫使浓溶液中的溶剂反向透过膜，流向力，迫使浓溶液中的溶剂反向透过膜，流向稀溶液的一侧，从而达到分离提纯的目的。稀溶液的一侧，从而达到分离提纯的目的。渗透压的大小与溶液性质有关而与膜的性质渗透压的大小与溶液性质有关而与膜的性质无关。无关。1/3/202344三、膜分离技术三、膜分离技术2.传统膜分离技术传统膜分离技术 超滤超滤 主要是以筛孔
30、作用为主的薄膜过滤。主要是以筛孔作用为主的薄膜过滤。在一定压力下，溶剂或小分子量的物质可透在一定压力下，溶剂或小分子量的物质可透过膜，而大分子物质及微细颗粒却被阻留，过膜，而大分子物质及微细颗粒却被阻留，从而达到净化分离的目的。从而达到净化分离的目的。1/3/202345三、膜分离技术三、膜分离技术2.2.传统膜分离技术传统膜分离技术电渗析电渗析 在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液淡化、精制或纯化目的。1/3/202346电渗析过程电渗析过程1/3/202347三、膜分离技术三、膜分离技术2.传统膜分离技术传统膜分离技术 膜
31、蒸馏膜蒸馏 是膜技术和蒸发过程相结合的膜分是膜技术和蒸发过程相结合的膜分离过程，所用的膜是不被待处理的溶液润离过程，所用的膜是不被待处理的溶液润湿的疏水微孔膜。膜的一侧与热的待处理湿的疏水微孔膜。膜的一侧与热的待处理溶液直接接触，另一侧直接或间接与冷的溶液直接接触，另一侧直接或间接与冷的水溶液接触，热侧溶液中易挥发的组分在水溶液接触，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处气化，通过膜进入冷侧并被冷凝成膜面处气化，通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的从而实现混合物分离或提纯的目的 1/3/202348三、膜分离技术
32、三、膜分离技术2.传统膜分离技术传统膜分离技术 膜蒸馏膜蒸馏 膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程，是膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程，是有相变的膜过程，传质推动力是膜两侧透过有相变的膜过程，传质推动力是膜两侧透过组分的蒸汽压差。因此，实现膜蒸馏需要两组分的蒸汽压差。因此，实现膜蒸馏需要两个条件个条件：（：（1 1）膜蒸馏必须是疏水微孔膜；）膜蒸馏必须是疏水微孔膜；（2 2）膜两侧要有一定的温度差存在，以提供）膜两侧要有一定的温度差存在，以提供 传质所需的推动力传质所需的推动力 1/3/202349三、膜分离技术三、膜分离技术2.传统膜分离技术传统膜分离技术液膜分离技术液膜分离技术 是膜分离技术的
33、主要分支，是膜分离技术的主要分支，具有高选择高传质速率。它通过两液相间形具有高选择高传质速率。它通过两液相间形成的界面成的界面-液相膜，将两种组成不同但又相互液相膜，将两种组成不同但又相互混溶的溶液隔开，经选择性渗透，使物质分混溶的溶液隔开，经选择性渗透，使物质分离提纯。液膜主要由膜溶剂（水或有机溶离提纯。液膜主要由膜溶剂（水或有机溶剂）、表面活性剂和添加剂组成。剂）、表面活性剂和添加剂组成。1/3/202350三、膜分离技术三、膜分离技术液膜根据其结构可分为多种，但具有实际应液膜根据其结构可分为多种，但具有实际应用价值的主要有以下三种。用价值的主要有以下三种。a.乳状液膜乳状液膜乳状液膜乳状
34、液膜(emulsion liquid membrane，ELM)是是N.N.Li 发明专利中使用的液膜。乳状液发明专利中使用的液膜。乳状液膜根据成膜液体的不同，分为膜根据成膜液体的不同，分为(W/O)/W(水水-油油-水水)和和(O/W)/O(油油-水水-油油)两种。两种。1/3/202351三、膜分离技术三、膜分离技术(W/O)/W(水水-油油-水水)1/3/202352三、膜分离技术三、膜分离技术b.b.支撑液膜支撑液膜 将液膜将液膜溶液牢固地吸附在多溶液牢固地吸附在多孔支撑体的微孔中，孔支撑体的微孔中，在膜的两侧则是原料在膜的两侧则是原料相和透过相，以浓度相和透过相，以浓度差为推动力，通
35、过促差为推动力，通过促进传递，分离气体或进传递，分离气体或液体混合物液体混合物 支撑液膜支撑液膜1/3/202353三、膜分离技术三、膜分离技术c c流动液膜流动液膜 流动液膜也是一种支流动液膜也是一种支撑液膜，是为弥补上述撑液膜，是为弥补上述支撑液膜的膜相容易流支撑液膜的膜相容易流失的缺点而提出的，液失的缺点而提出的，液膜相可循环流动，因此膜相可循环流动，因此在操作过程中即使有所在操作过程中即使有所损失也很容易补充，不损失也很容易补充，不必停止萃取操作进行液必停止萃取操作进行液膜的再生。膜的再生。流动液膜流动液膜1/3/202354三、膜分离技术三、膜分离技术新型的膜分离技术的介绍新型的膜分
36、离技术的介绍液膜萃取液膜萃取（liquid membrane extraction）又称固定膜界面萃取，是基于又称固定膜界面萃取，是基于非孔膜技非孔膜技术术发展起来的一种样品前处理方法，是发展起来的一种样品前处理方法，是膜技术膜技术和液液萃取和液液萃取过程相结合的新的分离技术，是过程相结合的新的分离技术，是膜分离过程中的重要组成部分膜分离过程中的重要组成部分1/3/202355新型的膜分离技术的介绍新型的膜分离技术的介绍液膜萃取液膜萃取（A）支载液膜萃取（）支载液膜萃取（SLM）1/3/202356新型的膜分离技术的介绍新型的膜分离技术的介绍液膜萃取液膜萃取（B）微孔膜液液萃取（）微孔膜液液萃
37、取（Microporous membrane liquidliquid extraction，MMLLE）目标分析物：强疏水性化合物。1/3/202357新型的膜分离技术的介绍新型的膜分离技术的介绍液膜萃取液膜萃取（C）乳剂液膜萃取（）乳剂液膜萃取（emulsion liquid membrane extraction，ELME）内相与互不相溶的有机溶剂形成乳滴。分析物经液膜进入膜内受体相。1/3/202358新型的膜分离技术的介绍新型的膜分离技术的介绍：d.气态膜气态膜 气膜由充于疏水多孔膜空隙中的气膜由充于疏水多孔膜空隙中的气体构成，膜只起到载体的作用。由于气气体构成，膜只起到载体的作用。
38、由于气体的扩散速率远远大于液体或固体，因而体的扩散速率远远大于液体或固体，因而气态膜有很高的透过率。该法可从废水中气态膜有很高的透过率。该法可从废水中除去除去NH3、H2S，从水溶液中分离，从水溶液中分离HCN、CO2、Cl2 等气体，工艺简单，节省能源。等气体，工艺简单，节省能源。1/3/202359第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制1/3/202360第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制一、气体净化方法一、气体净化方法 实验室中净化气体常用的方法有：吸实验室中净化气体常用的方法有：吸收、吸附、化学催化和冷凝。收、吸附、化学催化和冷凝。1 1吸收吸收
39、 气体通过吸收剂时，其中的杂质气体通过吸收剂时，其中的杂质能被吸收剂吸收，吸收剂与被吸收杂质要发能被吸收剂吸收，吸收剂与被吸收杂质要发生化学反应。液态吸收剂装于洗涤瓶内，让生化学反应。液态吸收剂装于洗涤瓶内，让气体以气泡形式从吸收液中通过。固体吸收气体以气泡形式从吸收液中通过。固体吸收剂须安置于干燥塔或管中。一种吸收剂可以剂须安置于干燥塔或管中。一种吸收剂可以吸收一种或多种杂质气体。吸收一种或多种杂质气体。1/3/202361第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制一、气体净化方法一、气体净化方法 33KOH水溶液可以吸收水溶液可以吸收CO2、SO2、H2S、Cl2等气体。含等
40、气体。含KI的碘溶液的碘溶液可以吸收可以吸收H2S和和SO2。固体碱石灰固体碱石灰或碱石棉或碱石棉(其中含其中含NaOH)可吸收可吸收CO2。加热到。加热到500600的钙的钙或镁屑或加热到或镁屑或加热到8001000的海绵钛，可以的海绵钛，可以吸收吸收N2和和O2。1/3/202362第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制一、气体净化方法一、气体净化方法 选用吸收剂时，应注意在吸收杂质时，选用吸收剂时，应注意在吸收杂质时，不要把待净化的气体也吸收了。不要把待净化的气体也吸收了。2吸附吸附 实验室中常用多孔的固体吸附剂实验室中常用多孔的固体吸附剂来吸附杂质气体。吸附与吸收的差
41、别在于吸来吸附杂质气体。吸附与吸收的差别在于吸附仅发生在吸附剂表面。吸附剂的比表面越附仅发生在吸附剂表面。吸附剂的比表面越大，则其吸附量也越大。大，则其吸附量也越大。1/3/202363第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制一、气体净化方法一、气体净化方法3 3化学催化化学催化 借助于催化剂，使杂质吸附在借助于催化剂，使杂质吸附在催化剂表面上，并与气体中的其他组分发生催化剂表面上，并与气体中的其他组分发生反应，转变为无害的物质反应，转变为无害的物质(因而可以允许留在因而可以允许留在气体中气体中)，或者转化为比原存杂质更易于除去，或者转化为比原存杂质更易于除去的物质，这也是一种
42、净化气体的有效方法。的物质，这也是一种净化气体的有效方法。例如，氢气中含有的少量氧气，在通过例如，氢气中含有的少量氧气，在通过105105催催化剂时与氢结合为水蒸气，再经过干燥剂脱化剂时与氢结合为水蒸气，再经过干燥剂脱水，就可使氢气中的氧降到极低。水，就可使氢气中的氧降到极低。1/3/202364第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制一、气体净化方法一、气体净化方法4冷凝冷凝 气体通过低温介质可使其中易冷凝气体通过低温介质可使其中易冷凝的杂质的杂质(如水蒸气如水蒸气)凝结而与气体分离。冷凝凝结而与气体分离。冷凝温度越低，则冷凝杂质的蒸气压也越低，残温度越低，则冷凝杂质的蒸气压
43、也越低，残留在气体中的杂质就越少。留在气体中的杂质就越少。常用的低温介质是干冰，即固体二氧化常用的低温介质是干冰，即固体二氧化碳，其温度为碳，其温度为-78-78，相当于固体二氧化碳的，相当于固体二氧化碳的升华点。升华点。1/3/202365第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制一、气体净化方法一、气体净化方法如欲深冷到如欲深冷到-100以下，就需要用液态氮作以下，就需要用液态氮作冷凝介质。液态氮的沸点是冷凝介质。液态氮的沸点是-195，液态氧，液态氧的沸点是的沸点是-183，液态空气的沸腾温度介于，液态空气的沸腾温度介于以上二者之间。它们都需要用专门的制冷机以上二者之间。它
44、们都需要用专门的制冷机来制备。液态氧是助燃剂，使用它并不安来制备。液态氧是助燃剂，使用它并不安全，故用液态氮作冷却剂。全，故用液态氮作冷却剂。1/3/202366第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制二、气体净化剂二、气体净化剂 1干燥剂干燥剂 一般气体中常含有水蒸气，特别是与水溶一般气体中常含有水蒸气，特别是与水溶液液(如吸收液、密封液等如吸收液、密封液等)接触过的气体中都接触过的气体中都不不可避免地含有一定的水蒸气。可避免地含有一定的水蒸气。1/3/202367第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制二、气体净化剂二、气体净化剂 硅胶是实验室中广泛使用的干
45、燥剂。它是以硅胶是实验室中广泛使用的干燥剂。它是以SiO2为主体的玻璃状物质，是硅酸水凝胶脱水后的为主体的玻璃状物质，是硅酸水凝胶脱水后的产物，其孔径平均为产物，其孔径平均为4nm，比表面，比表面300800m2g，有很强的吸附能力，也是常用的一种吸附剂。有很强的吸附能力，也是常用的一种吸附剂。硅胶的优点是可以再生，即在硅胶的优点是可以再生，即在120150的烘箱中的烘箱中除水后，可反复使用，更换也较方便，并可借氯化除水后，可反复使用，更换也较方便，并可借氯化钴含水后颜色的改变来指示其吸水程度。钴含水后颜色的改变来指示其吸水程度。1/3/202368第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和
46、气氛的控制制二、气体净化剂二、气体净化剂2 2脱氧剂和催化剂脱氧剂和催化剂 用金属脱氧和催化脱氧是实验室中常用用金属脱氧和催化脱氧是实验室中常用的气体脱氧方法，后者用于氢气的脱氧。常的气体脱氧方法，后者用于氢气的脱氧。常用催化剂为铂用催化剂为铂(或钯或钯)石棉或石棉或105105催化剂，可使催化剂，可使氢气中的杂质氧与氢结合成水。铂或钯能起氢气中的杂质氧与氢结合成水。铂或钯能起催化作用，石棉是其载体。催化作用，石棉是其载体。1/3/202369第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制二、气体净化剂二、气体净化剂 400400左右，氢气中的少量氧在催化剂左右，氢气中的少量氧在催化
47、剂用下迅速与氢结合成水。硫或砷的化合物易用下迅速与氢结合成水。硫或砷的化合物易使这种催化剂中毒，须将它们预先由气体中使这种催化剂中毒，须将它们预先由气体中除去除去。3 3吸附剂吸附剂 1/3/202370第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制三、气体流量的测定三、气体流量的测定 在净化气体过程中，为使气体通过吸附在净化气体过程中，为使气体通过吸附剂或吸收液时能有效地除去杂质，需要控制剂或吸收液时能有效地除去杂质，需要控制适当的气流速率，这就要测定气体的流量。适当的气流速率，这就要测定气体的流量。有时，为了配制一定组成的混合气体，常将有时，为了配制一定组成的混合气体，常将各种气
48、体按规定的流量通入混合室，这也需各种气体按规定的流量通入混合室，这也需要准确地测定气体的流量。要准确地测定气体的流量。1/3/202371第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制三、气体流量的测定三、气体流量的测定1 1转子流量计转子流量计 转子流量计由一根垂转子流量计由一根垂直的带有刻度的玻璃管直的带有刻度的玻璃管和放入管中的一个转子和放入管中的一个转子所构成。玻璃管内径由所构成。玻璃管内径由下往上缓慢增大。转子下往上缓慢增大。转子在管中可以自由上下运在管中可以自由上下运动。动。图图图图3-16 3-16 3-16 3-16 转子流量计的工作原理转子流量计的工作原理转子流量计
49、的工作原理转子流量计的工作原理1/3/202372第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制三、气体流量的测定三、气体流量的测定 当气体通过毛细管当气体通过毛细管时，阻力增大，线速度时，阻力增大，线速度(即动能即动能)增大，而压力增大，而压力降低降低(即位能减小即位能减小)，这，这样气体在毛细管前后就样气体在毛细管前后就产生压差，借流量计中产生压差，借流量计中两液面高度差两液面高度差()显显示出来。气体流量示出来。气体流量V V和压和压差差hh成一定关系成一定关系 毛细管流量计示意图毛细管流量计示意图1/3/202373第第2节节 气体的净化和气氛的控气体的净化和气氛的控制制四、
50、定组成混合气体的配制四、定组成混合气体的配制1 1静态混合法静态混合法 将气体按所需比例先后充入储气袋中，混匀后，将气体按所需比例先后充入储气袋中，混匀后，使用时由储气袋放出即可。储气袋用橡胶制成，如使用时由储气袋放出即可。储气袋用橡胶制成，如医用氧气袋。在储气袋上放一重物以维持袋内的气医用氧气袋。在储气袋上放一重物以维持袋内的气压。此法简便，但储气量有限，有时不易混匀，气压。此法简便，但储气量有限，有时不易混匀，气体压力亦不稳定，且储气袋会渗透，影响组成稳体压力亦不稳定，且储气袋会渗透，影响组成稳定。若气体用量大，可用高压钢瓶储气，但必须用定。若气体用量大，可用高压钢瓶储气，但必须用压气机将