新型绿色化工分离技术及其应用

新型绿色化工分离技术及其应用

摘要：伴随着能源危机、环境污染，现在对资源利用与清洁生产提出较高要求，此也推动了新型绿色分离技术的快速发展。文章则主要介绍了膜分离技术、分子蒸馏技术及超临界萃取技术的原理及应用。

关键字：新型绿色分离技术膜分离技术分子蒸馏技术超临界萃取技术

前言

化工分离技术是化学工程的一个重要分支,石油炼制、塑料化纤、同位素分离,以及生物制品的精制、纳米材料的制备、烟道气的脱硫和化肥农药的生产等等都离不开化工分离技术。化工生产中的原料和产物绝大多数都是混合物, 需要利用体系中各组分物性的差别或借助于分离剂使混合物得到分离提纯，它往往是获得合格产品、充分利用资源和控制环境污染的关键步骤。伴随着煤炭与石油危机引起的能源危机，对资源利用与清洁生产也提出了要求，这就对分离技术的要求越来越高。正是人们希望采用更高效的节能、优产的方法以及所采用的过程与环境友好，推动了新型分离技术的快速发展。文章对膜分离技术、分子蒸馏技术和超临界萃取的应用进行阐述。

1膜分离技术

近20年来膜技术发展及其迅速，已从单独的海水与苦咸水脱盐，纯水及超纯水的制备，工业用水的回用，逐步拓展到环保、化工、医药、食品等领域中，发展前景备受关注。膜分离技术具有分离效率高、能耗低、无相变、操作简便、无二次污染、分离产物易于回收、自动化程度高等优点，在水处理领域具有相当的技术优势[1]，是现代分离技术中一种效率较高的分离手段[1,2,3]。目前常见的膜分离过程课分为以下几种：微滤（Microfiltration，MF），超滤（Ultrafiltration，UF），纳滤（Nanofilatration，NF），反渗透（Reverseosmosis，RO），电渗析（Electrodialysis，ED）等。

1.1微滤

1.1.1微滤原理

微滤又称精过滤，其基本原理属于筛网状过滤，在静压差的作用下，利用膜的“筛分”作用，小于膜孔的粒子通过滤膜，大于膜孔的粒子则被截留到膜面上，

使大小不同的组分得以分离，其作用相当于“过滤”。由于每cm2滤膜中约含有1000万至1亿个小孔,孔隙率占总体积的70%-80%,阻力很小,过滤速度较快。1.1.2微滤的应用

微滤处理的一般都是微米级的颗粒物。在工业发达国家，从家庭生活到尖端技术都在不同程度地应用微滤技术，其主要用于无菌液体的制备、生物制剂的分离、超纯水的制备以及空气的过滤、生物及微生物的检测等方面。目前，用于油田含油污水处理方面，微滤具有较大的通量和抗污染能力，过滤速率要高出超滤、反渗透的2～4个数量级，且更为经济。微滤膜根据其材质可分为有机（高分子或聚合物）微滤膜、无机微滤膜和复合微滤膜[4]。

1.2超滤

1.2.1超滤原理

超滤是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过程，它介于微滤和纳滤之间，膜孔径范围是1nm～0.05nm。其分离机理主要是靠物理的筛分作用，即在一定的压力作用下，当含有大、小分子物质2类溶质的溶液流过被支撑的膜表面时，溶剂和小分子溶质（如无机盐类）将透过膜，作为透过物被收集起来，大分子溶质（如有机胶体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。

1.2.2超滤的应用

超滤的应用领域很广，但其主要应用还是在于溶液的净化、分离和浓缩方面，且多采用错流操作。具体应用有工业废水处理、城市污水的处理、水的净化、食品与医药工业的应用、生物技术工业的应用等[5,6,7]。

1.3纳滤

1.3.1纳滤原理

纳滤是根据吸附扩散原理以压力差作为推动力的膜分离过程。其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，约200～2000，微孔结构可能在1nm左右，兼有反渗透和超滤的工作原理[8]。在分离过程中，水溶液中低分子量的有机溶质被截留，而盐类组分则部分透过非对称膜。纳滤能使有机溶质得到同步浓缩和脱盐，而在渗透过程中溶质损失极少。纳滤膜能截留易透过超滤膜的那部分溶质，同时又可使被反渗透膜所截留的盐透过。

1.3.2纳滤的应用

纳滤膜具有热稳定性、耐酸、碱和耐溶剂等优良性能，所以在工业领域有着广泛的用途。目前，纳滤分离技术越来越广泛地应用于食品、医药、生化行业的各种分离、精制和浓缩过程，其分离机理的研究也成为当今膜科学领域的研究热点之一。

1.4反渗透

1.4.1反渗透原理

反渗透是利用反渗透膜选择性地透过溶剂（通常是水）而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，是溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的过程。其传递机理众说纷纭，代表性的主要有：溶解—扩散理论、优先吸附—毛细孔流理论、氢键理论、道南（Donnan）平衡模型等[1]。

1.4.2反渗透的应用

反渗透过程主要用于低分子量组分的浓缩、水溶液中溶解的盐类的脱除等。目前，反渗透技术的大规模应用主要在海水和苦咸水的谈化。此外，还应用于纯水制备、生活用水处理以及乳品、果汁的浓缩、肾透析、生化和生物制剂的分离和浓缩等。今后的发展将优先发展抗氧化膜，耐细菌侵蚀的膜，透水性好、易清洗、消毒的膜[8]。

1.5电渗析

1.5.1电渗析原理

电渗析是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择渗透性（与膜电荷相反的离子透过膜，相同的离子则被膜截留）使溶液中的离子作定向移动以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。它可使电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。它是一种特殊的膜分离操作，所使用的膜只允许一种电荷的离子通过而将另一种电荷的离子裁留，称为离子交换膜。

1.5.2电渗析的应用

电渗析的特点：在常温常压下进行；只对电解质的离子起选择迁移作用，而对非电解质不起作用；除盐过程中没有物相的变化，能耗低；不需要从外界向工作液体中加入任何物质，也不使用化学药剂，保证了工作液体原有的纯净程度，对环境没有清洁能源，属清洁工艺[1]。因此，电渗析主要用途有：把溶液中部分