新型化工分离技术论文

化学分离技术

化学与环境工程学院14应化三班扈文甲学号：140703021311

摘要：描述了新型分离技术——超临界流体萃取和膜分离技术的最新研究进展。介绍了超临界流体萃取技术的工作原理、技术特点、工艺流程及其在某些领域中的应用。介绍膜分离技术的分离机理、特点，国内外膜分离技术的研究进展及其在各个领域的应用现状。另外还介绍了膜蒸馏技术最新研究进展。

关键字：超临界流体萃取；膜分离技术；分离技术

1 超临界流体萃取技术

1.1 技术原理

超临界流体的密度和溶剂化能力接近液体，粘度和扩散系数接近气体，在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化极其敏感，超临界流体萃取技术就是利用上述超临界流体的特殊性质, 将其在萃取塔的高压下与待分离的固体或液体混合物接触, 调节系统的操作温度和压力, 萃取出所需组分; 进入分离塔后, 通过等压升温、等温降压或吸附等方法, 降低超临界流体的密度, 使该组分在超临界流体中的溶解度减小而从中分离出来。

1.2 技术特点[1]

( 1) 萃取分离效率高;

( 2) 可在较低温度下进行, 适用于分离热敏性物料;

( 3) 与传统的分离方法相比, 能耗低;

( 4) 易回收溶剂和溶质;

( 5) 溶剂无毒, 使用于食品加工和医药工业。

1.3 技术工艺流程

超临界流体萃取工艺一般是由超临界流体萃取和分离两部分组成，由于萃取都是在萃取槽中进行的，所以萃取步骤大致都相同，而分离的方法主要包括：(1)依靠压力变化的萃取分离法(等温变压法或绝热法)。在一定温度下，使超临界流体和溶质减压，经膨胀后分离，溶质由分离器下部取出，气体经压缩机返回萃取器循环使用。(2)依靠温度变化的萃取分离法(等压变温法) 经加热、升温使气体和溶质分离，从分离器下部取出萃取物，气体经冷却、压缩后返回萃取器循环使用。(3)用吸附剂进行的萃取分离法(恒温恒压法或吸附法) ，在分离器中经萃取出的溶质被吸附剂吸附，气体经压缩后返回萃取器循环使用[2,3]。

1.4 超临界流体萃取技术的应用

超临界流体萃取工艺可以不在高温下操作，因此特别适合于热稳定性较差的物质的分离，同时产品中无其他物质残留。超临界流体萃取是一项具有特殊优势的分离技术并特别适

用于提取或精制热敏性和易氧化的物质。它可广泛应用于以下主要领域：

1.4.1 医药工业

众所周知, 中草药中含有大量的天然活性物质, 而超临界萃取技术则是提取这些活性物质最好的手段之一, 现在已经能用该技术成功地提取了生物碱、黄酮、生育酚、吗啡等天然活性产物, 另外超临界萃取技术还可以用于抗生素的回收, 医药制品的精制、脱杂质, 维生素和酶的回收等。Reverchon 等用惰性气体如氮气与超临界CO2、含药溶液形成混合物，其中氮气起辅助雾化(assisted atomization)作用，成功制得了粒径在0.5～3μm的四环素、利福平微粒及粒径在0.05～1.6μm的聚甲基丙烯酸树脂(PMMA)与0.1～3.5μm 的左旋聚乳酸(PLLA)微粒[4]。

1.4.2 食品工业

由于超临界CO2 萃取技术所得萃取液溶剂残留少, 毒性低, 因此特别适合用于食品工业。在食品工业中的应用一般包括食品中有益成分的提取及有害物质的去除。运用该技术可以对咖啡豆脱咖啡因、烟草脱尼古丁、奶制品脱胆固醇, 从鱼油中提取多不饱和脂肪酸DHA、EPA, 萃取啤酒花中的有效成分, 以及从天然植物中提取食品添加剂如卵磷脂、麦胚油、茶油, 食用香料如八角油、茴香油, 食用色素如辣椒红、番茄红等, 其中对啤酒花有效成分的萃取、咖啡豆红茶脱咖啡因等已实现了工业化和产业化[1,5]。

1.4.3 精细化工

超临界萃取在精细化工中使用最广泛的当属天然香精香料的提取了, 目前已成功地从许多香花、香料植物中提取出诸如从桂花、茉莉花、菊花、梅花、米兰花、百里香、野百里香、薰衣草、迷迭香中提取花香精, 从薄荷提取香料, 从芹菜籽、芫荽籽、砂仁等原料中提取精油。此外,运用超临界萃取技术还可以对某些化妆品原料如甘油单脂、脂肪酸酯、表面活性剂等进行浓缩、精制[6~8]。

1.4.4 在环境保护中的应用

由于超临界流体萃取技术具有高效，污染小等优点，可以用来处理工业废水、提取重金属、含氮废水、净化水源、降解废弃塑料等。

除了上面提到的几个方面的应用, 超临界流体萃取技术还在化学工业、材料制备、日化、陶瓷和仪器分析等领域有着重要的应用。

1.5 超临界流体萃取技术发展前景

超临界流体萃取因其独特的物理化学特性,使其在一些重要领域中得到应用，同时结合起来超高压技术，超声波技术，超滤技术，微胶囊技术，静电场，磁场，精馏等技术，将会取得更大的社会经济效益。今后，随着人们对于超临界流体技术认识和研究的进一步深化，这一新兴技术必将得以更广泛和深入的应用，而超临界流体技术本身也必将对人类科技进步

和经济发展产生深远的影响。

2 膜分离技术

2.1 技术原理

膜分离技术(membrane separation technology)以具有选择透过性的膜为分离介质,当膜两侧存在某种推动力(如压力差、温度差、浓度差、电位差等)时,物料依据滤膜孔径的大小而通过或被截留,选择性地透过膜,从而达到分离、提纯的目的。现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术。

2.2技术特点

（1）膜分离过程不发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术；

（2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等；

（3）膜分离技术适用分离的范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至离子级都有其用武之地，关键在于选择不同的膜类型；

（4）膜分离技术以压力差作为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。

2.3 膜分离技术的研究进展及应用现状

2.3.1 在处理工业废水中的研究与应用

现在许多行业耗水量很高，排放废水污染特别严重。随着工业需水量不断增加和环保法律法规越趋严格，工业废水的回用是势在必行的.膜分离技术处理工业废水主要是通过对废水中污染物的分离而达到废水处理的目的，使用微滤、超滤、纳滤技术处理油田采出水、造纸工业废水、纺织印染废水、重金属废水、处理高浓度有机废水等，使工业废水处理过程相对简单，且处理过程无二次污染，并且处理后的水还可以回收再利用。

2.3.2 在药物分离中的研究与应用

微滤(MF) 可以用于无菌过滤、细胞收集、去除细菌和病毒；超滤(UF)可以用于去除菌丝、病毒、热源，大分子溶液的分离、浓缩、纯化和回收；纳滤(NF)可以用于药物的纯化、浓缩脱盐和回收；反渗透(RO)可以用于药物的纯化、浓缩和回收，无菌水的制备。