分離科學(xué)與技術(shù)的復(fù)習(xí)總結(jié)

1、分離：利用混合物中各組分在物性和化性的差異，通過適當(dāng)?shù)难b置和方法，使各組分分配至不同的空間區(qū)域或在不同的時(shí)間依次分配到同一時(shí)間區(qū)域的過程。富集：通過分離使目標(biāo)組分在某空間區(qū)域的濃度增大。濃縮：將溶劑部分分離，使溶質(zhì)濃度同等提高的過程。純化：通過分離使目標(biāo)物質(zhì)純度提高的過程。（富集0.1，濃縮0.1-0.9,純化0，放熱時(shí)Q0,體系對(duì)環(huán)境做功為負(fù))體系發(fā)生微小變化： 體系只做體積功W：若體系為等壓過程：因此，體系從環(huán)境吸收的熱量QP為: 式中，H定義為焓：熵：可逆過程體系從環(huán)境吸收的熱與溫度的比值。熱力學(xué)第二定律表達(dá)式：, 隔離體系：不存在非體積功時(shí)： 化學(xué)平衡常數(shù)K：外場(chǎng)的作用：提供外力幫助待

2、分離組分進(jìn)行運(yùn)輸；利用外場(chǎng)對(duì)不同組分作用力的不同，造成或擴(kuò)大待分離組分之間的化學(xué)勢(shì)之差，起到促進(jìn)分離的作用。分配等溫線：對(duì)于一個(gè)給定的體系及溶質(zhì)，在一定溫度下，分配平衡可以用溶質(zhì)在A相的濃度cA對(duì)該溶質(zhì)在B相的濃度cB來作圖。氣固吸附分配體系：朗格繆爾吸附模型：假定溶質(zhì)在均勻的吸附劑表面按單分子層吸附。朗格繆爾吸附方程：（q為溶質(zhì)吸附量，p為溶質(zhì)氣體分壓，qmax為溶質(zhì)在固相表面以單分子層覆蓋的最大容量，KA為溶質(zhì)的吸附平衡常數(shù)）分壓較低時(shí)液固吸附體系：忽略溶劑與吸附劑的相互作用，就類似氣固吸附體系。氣液分配平衡體系：是氣體在溶液中的溶解平衡。亨利定律：在中等壓力下，氣體在溶液中的溶解度（氣體

3、濃度為c）與溶液上方氣相中該溶質(zhì)氣體的分壓pi成正比。即液液分配體系：溶質(zhì)在兩互不相溶的溶劑間的分配。能斯特分配定律：在一定溫度下，溶質(zhì)i在兩相（A和B）間達(dá)到分配平衡后，它在兩相中的濃度之比為一常數(shù)?；瘜W(xué)勢(shì)：在等溫等壓和其他物質(zhì)不變的情況下，每摩爾物質(zhì)i的自由能。物理意義：等T,P，其他組分不變時(shí)引入1mol組分i所引起的體系吉布斯自由能的變化。用于表示敞開體系的化學(xué)平衡。影響因素：溶質(zhì)對(duì)相的親和勢(shì)能，由溶質(zhì)分子與相物質(zhì)分子間相互作用力的大小決定。溶質(zhì)i在該相的稀釋程度，這將影響稀釋過程熵的變化。組分i在任意一相中的化學(xué)勢(shì)為：調(diào)整的方法：選擇合適的溶劑，沉淀劑，配位試劑，氧化還原劑，重力場(chǎng)，

4、電磁場(chǎng)，離心場(chǎng)。相平衡：從熱力學(xué)的角度研究物質(zhì)從一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相的規(guī)律。引起相變條件：T,P,溶劑和化學(xué)反應(yīng)。相圖和相律是研究相平衡的重要方法。當(dāng)將處于液相狀態(tài)a的液態(tài)混合物恒壓升溫至液相線上的L1點(diǎn)時(shí)，液相開始產(chǎn)生氣泡，對(duì)應(yīng)混合物的溫度t1稱為該液相的泡點(diǎn)。處于氣態(tài)的氣態(tài)混合物恒壓降溫至氣相線上的G2點(diǎn)時(shí)，氣相開始凝聚出露珠似的液滴，對(duì)應(yīng)的溫度稱為該氣相的露點(diǎn)。相圖：以圖形研究多相體系狀態(tài)隨濃度，溫度和壓力等條件的變化，比較直觀，但不夠準(zhǔn)確。相率：研究平衡體系中的相數(shù)，獨(dú)立組分?jǐn)?shù)與描述該平衡體系變量數(shù)目之間的關(guān)系。只做定性描述。(C為獨(dú)立組分?jǐn)?shù)，P為相的個(gè)數(shù)，F(xiàn)為自由度)常見的平衡分離方

5、法：溶解，蒸餾，結(jié)晶，凝結(jié)。純水的相圖：OA是根據(jù)不同壓力下水和冰平衡共存的溫度數(shù)據(jù)畫出來的，表示水和冰的平衡狀態(tài)，稱冰的熔點(diǎn)曲線；OB是根據(jù)不同溫度下冰的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)畫出來的，表示冰和水蒸氣的平衡狀態(tài)，稱冰的飽和蒸汽壓曲線或升華曲線；OC是根據(jù)不用溫度下水的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)畫出來的，表示水和水蒸汽的平衡狀態(tài)，稱為水的飽和蒸汽壓曲線或蒸發(fā)曲線；OC是OC的延伸，通常情況下，OC到達(dá)O點(diǎn)（0.01）后，應(yīng)有冰出現(xiàn)，但常?？梢允顾鋮s到0.01以下而仍無冰產(chǎn)生，為水的過冷現(xiàn)象。根據(jù)不同溫度下過冷水的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)即可畫出曲線OC,稱為過冷水的飽和蒸汽壓曲線；氣液平衡線OC延伸到C點(diǎn)（）即終止，如果

6、再增加壓力和溫度，就進(jìn)入一個(gè)既非氣態(tài)也非液態(tài)的區(qū)域，稱超臨界流體區(qū)，C點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。雙組分體系的相圖：連接tA和tB的兩條線中，上方的那條線是連接對(duì)應(yīng)于不同溫度下的氣相組成點(diǎn)得到的，稱為氣相線；下方的那條線是連接不用溫度下的液相組成的點(diǎn)得到的，稱為液相線；液相線下方為液相區(qū)，氣相線上方為氣相區(qū)，氣相線和液相線包圍的區(qū)域?yàn)闅庖汗泊鎱^(qū)；當(dāng)將處于狀態(tài)a的液態(tài)混合物恒壓升溫致液相上的L1點(diǎn)時(shí)，液相就會(huì)開始產(chǎn)生氣泡沸騰，對(duì)應(yīng)的溫度t1稱為該液相的泡點(diǎn)。液相線反映了液相組成與泡點(diǎn)的關(guān)系，所以也稱泡點(diǎn)線。若將處于狀態(tài)b的氣態(tài)混合物恒壓降溫致氣相線上的G2點(diǎn)時(shí)，氣相就會(huì)開始凝結(jié)出露珠似的液滴，對(duì)應(yīng)的溫度t2稱

7、為該氣相的露點(diǎn)。氣相線反映了氣相組成與露點(diǎn)的關(guān)系，所以稱為露點(diǎn)線。狀態(tài)a的液相加熱到其泡點(diǎn)t1產(chǎn)生的氣泡的狀態(tài)點(diǎn)為G1點(diǎn)，狀態(tài)b的氣相冷卻至其露點(diǎn)t2析出的液滴的狀態(tài)點(diǎn)為L(zhǎng)2點(diǎn)。拉烏爾定律：在一定溫度下，某組分的蒸汽分壓pi等于該純組分的飽和蒸汽壓與其在液相的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。即道爾頓定律：溶液上方氣相的蒸汽壓p等于各組分的分壓之和，對(duì)于A和B物質(zhì)組成的雙組分體系，即有泡點(diǎn)方程：,表示了雙組分氣液平衡體系的p-T-x關(guān)系。露點(diǎn)方程：,反應(yīng)了一定溫度下壓力與組成的關(guān)系，即p-x關(guān)系。傳質(zhì)過程：適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中，在化學(xué)勢(shì)梯度的驅(qū)動(dòng)下物質(zhì)分子發(fā)生相對(duì)位移的過程。宏觀物體基本運(yùn)動(dòng)方程：分子運(yùn)動(dòng)方程：流密度J

8、：來反映分子在流體中的運(yùn)動(dòng)速度，指單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)的量。費(fèi)克第一擴(kuò)散定律：，物理意義：擴(kuò)散系數(shù)一定時(shí)，單位時(shí)間擴(kuò)散通過單位截面積的物質(zhì)的量與濃度梯度成正比，負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反。（假設(shè)濃度c在擴(kuò)散方向上不隨時(shí)間變化）費(fèi)克第二擴(kuò)散定律：（一維擴(kuò)散）介質(zhì)對(duì)溶質(zhì)輸運(yùn)所產(chǎn)生的流密度為：有流存在時(shí)的溶質(zhì)流密度為：無流時(shí)流密度:有流時(shí)的流密度：分子間的相互作用與溶劑特性分子間相互作用：靜電相互作用：范德華力：包括永久偶極（分子中因電荷分布不均勻而出現(xiàn)的正電荷中心與負(fù)電荷中心相分離的現(xiàn)象）相互作用力，誘導(dǎo)偶極（非極性分子沒有固有偶極，當(dāng)受到電場(chǎng)作用時(shí)，分子間電荷分布發(fā)生變化，正負(fù)電

9、荷中心分離，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極）相互作用力和色散（兩個(gè)無永久偶極距的電中性分子在近距離中產(chǎn)生相互吸引的現(xiàn)象）力。氫鍵：氫原子在分子中與電負(fù)性較大的原子X形成共價(jià)鍵時(shí)，還可以吸引另一個(gè)電負(fù)性較大的原子Y，與之形成較弱的化學(xué)組合。電荷轉(zhuǎn)移相互作用。溶解度參數(shù)：體現(xiàn)了分子中色散，偶極定向誘導(dǎo)和氫鍵作用的大小?；旌先軇┑倪x擇步驟：一，選擇一種非極性溶劑（p，接近于0）和一種極性溶劑，將二者按不同比例混合得到一系列不同極性的混合溶劑，其極性可按計(jì)算得到。二，研究目標(biāo)溶質(zhì)在上述一系列不同極性混合溶劑中的溶解度，從其最大溶解度所對(duì)應(yīng)的混合溶劑的值可知溶質(zhì)的近似值。三，從溶劑選擇性三角形中的不同組分中挑選新的極性溶

10、劑替換第一步中的極性溶劑，并通過此極性溶劑的比例維持混合劑的最佳值不變，最終必定能找到一種溶解性和選擇性都合適的溶劑。萃取分離法：將樣品中的目標(biāo)化合物選擇性的轉(zhuǎn)移到另一相中或選擇性的保留在原來的相中，是目標(biāo)化合物與原來復(fù)雜溶劑萃?。豪貌煌镔|(zhì)在互不相溶的兩相間的分配系數(shù)的差異使目標(biāo)物質(zhì)與基體物質(zhì)相互分離的方法。分配平衡常數(shù)：在一定溫度下，當(dāng)某一溶質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑中達(dá)到分配平衡時(shí)，該溶質(zhì)在兩相中的濃度之比為一常數(shù)。分配比：某種物質(zhì)在有機(jī)相中各形態(tài)的總濃度與其在水相中各形態(tài)的總濃度的比值。萃取率：一定條件下被萃取溶質(zhì)進(jìn)入有機(jī)相的量。即萃取過程三步：水相中被萃取溶質(zhì)與加入的萃取劑是生成可萃取

11、化合物，在兩相界面萃合物因疏水分配作用進(jìn)去有機(jī)相，萃合物在有機(jī)相中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。膜：兩相之間的不連續(xù)區(qū)間，對(duì)被分離物質(zhì)有選擇透過的能力，它的維度是二維，厚度尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于長(zhǎng)和寬。膜分離：以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動(dòng)力（壓差，濃度差，電位差）時(shí)，原料側(cè)組分選擇性的透過膜，以達(dá)到分離或提純的目的。膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：分離效率高，設(shè)備體積通常較小，可以直接插入已有的生產(chǎn)工藝流程，不需要對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行大的改變；多數(shù)膜分離過程的能耗低，工作溫度在室溫附近，特別適合熱敏物質(zhì)的處理；膜分離設(shè)備本身沒有運(yùn)動(dòng)部件，工作溫度又在室溫附近，故很少需要維護(hù)，可靠度高；膜分離過程的規(guī)模和處理能力可在很大范圍

12、內(nèi)變化，效率，設(shè)備單價(jià)，運(yùn)行費(fèi)用等變化不大。缺點(diǎn)：膜強(qiáng)度較差；使用壽命長(zhǎng)，易于被玷污而影響分離效率等。材料的要求：具有良好的成膜性，熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸，堿，微生物浸蝕和耐氧化性能。微濾、超濾、納濾都是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程。類型分離原理膜結(jié)構(gòu)膜材料微濾用于懸浮液中固液分離的機(jī)理主要是篩分截留，吸附截留，架橋截留，網(wǎng)絡(luò)截留和靜電截留；用于氣體中懸浮顆粒進(jìn)行分離的機(jī)理有直接截留，慣性沉積，擴(kuò)散沉積和攔集作用濾孔分布均勻；孔隙率高；膜通量大；膜厚度??；連續(xù)的整體結(jié)構(gòu)可以是有機(jī)高分子材料，也可以是無機(jī)材料超濾篩分作用膜孔徑在微濾納濾之間，分離水溶液中的大分子，膠體，蛋白質(zhì)等高分子材料和無

13、機(jī)材料兩大類納濾物理截留或截留篩分；納濾膜的表面分離層由聚電解質(zhì)構(gòu)成膜表面較反滲透膜表層疏松的多，較超濾膜表層致密，多為復(fù)合膜，即膜表面分離層和支撐層的化學(xué)組成不同無機(jī)膜較有機(jī)膜優(yōu)點(diǎn)：熱穩(wěn)定性好；化學(xué)穩(wěn)定性好；清洗方便；機(jī)械穩(wěn)定性好。但無機(jī)膜制備成本高，使用壽命較有機(jī)膜長(zhǎng)，且有機(jī)膜制備技術(shù)成熟，來源豐富，價(jià)格低廉。制備微孔濾膜的方法：燒結(jié)法：將一定大小顆粒的粉末壓縮后在高溫下燒結(jié)，燒結(jié)過程中，粒子的表面逐漸變軟至溶，顆粒間界面逐漸消失，最后粘結(jié)形成多孔體。拉伸法：指在相對(duì)低的熔融溫度和高應(yīng)力下擠出薄膜或纖維，聚合物分子會(huì)沿拉伸方向排列成微區(qū)，成核，形成垂直于拉伸方向的鏈折疊微晶片。相轉(zhuǎn)化法：可

14、分為控制溶劑蒸發(fā)凝膠法（將纖維素脂溶解在特定的混合溶劑中制成鑄膜液，經(jīng)過濾，脫氣后在金屬或塑料帶上流延成薄層。在一定溫度，濕度，溶劑蒸汽濃度，通風(fēng)速度等環(huán)境條件下，膜薄層中的溶劑緩緩蒸發(fā)最后成膜。）浸沒凝膠法（將鑄膜液薄層浸入水中或其他凝固液中，使溶劑與凝固液立即相互擴(kuò)散，急速造成相分離，形成凝膠。待凝膠層中的剩余溶劑與添加劑進(jìn)一步被凝固液中的液體交換出來后，就形成多孔膜。）熱致相分離法（將只能在較高溫度下才能互溶的聚合物和增塑劑先加熱融合，再將此溶液流延或擠壓成薄層后使之冷卻，當(dāng)溫度下降到某一溫度時(shí)，溶液中聚合物鏈相互作用成為凝膠結(jié)構(gòu)，最后因相分離形成細(xì)孔，將分相后的凝膠浸入萃取液中除去增塑

15、劑，制成熱致相分離膜。）核徑刻蝕法：均質(zhì)聚合物膜置于核反應(yīng)器的帶電粒子束照射下，帶電粒子通過膜時(shí)，打斷膜內(nèi)聚合物鏈節(jié)，留下感光徑跡，然后膜通過一刻蝕浴，其內(nèi)溶液優(yōu)先刻蝕掉聚合物中感光的核徑跡，形成孔。溶膠凝膠法：（懸浮膠體凝膠途徑和聚合凝膠途徑）選取一種先驅(qū)化合物，加水后，先驅(qū)化合物水解成氫氧化物，水解的醇鹽可以利用其羥基與其他反應(yīng)物反應(yīng)而形成聚氧金屬化物，溶液的黏度會(huì)變大。加入酸使溶膠發(fā)生膠溶化，形成穩(wěn)定懸浮液。通常加入有機(jī)聚合物使溶液粘度加大，減少孔滲現(xiàn)象，改變顆粒的表面電荷或增大濃度，顆粒會(huì)通過聚集而形成凝膠。膜污染：膜表面的附著層和膜孔堵塞。污染：原料液預(yù)處理，膜表面改性，外加電場(chǎng)，離

16、心場(chǎng)和超聲波場(chǎng)；采用氣體和液體兩種介質(zhì)進(jìn)行高壓反沖；強(qiáng)化傳質(zhì)，包括改變流道截面的形狀，由圓形改為星形，組件插入不同的金屬型芯，在進(jìn)料液中加入氣泡。清洗：物理方法：高壓水射流沖洗，海綿球機(jī)械沖洗；化學(xué)方法：采用對(duì)膜表面本身沒有破壞性，對(duì)污染物有溶解作用或置換作用的化學(xué)試劑對(duì)膜進(jìn)行清洗。表征超濾膜性能的參數(shù)：滲透速率，膜截留性能滲透速率：表征超濾膜過濾料液的速率，指每平方米每小時(shí)過濾料液的體積。膜的截留性能：采用截留分子量（標(biāo)準(zhǔn)物為三類：球狀蛋白質(zhì)，帶支鏈的多糖及線性分子。由于超濾膜的孔徑有一定分布，超濾膜的最大孔徑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于膜的有效孔徑或由截留分子量表征的孔徑值）和截留率（對(duì)于一定分子量的物質(zhì)，

17、膜所能截留的程度）表示。膜萃?。核嗪洼腿∠喾謩e位于微孔膜兩側(cè)，由于微孔膜的疏水性，膜一側(cè)的萃取相（或料液相）浸滿膜的微孔，在膜的另一側(cè)表面兩相接觸實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，無相分散行為發(fā)生。膜萃取技術(shù)特點(diǎn)：通常萃取過程是一相在另一相內(nèi)分散為液滴，實(shí)現(xiàn)分散相與連續(xù)相間的傳質(zhì)，之后分散相液滴重新聚結(jié)分相。連續(xù)逆流萃取是一般萃取過程中常采用的流程，為了完成液液直接接觸中的兩相逆流流動(dòng)，在選擇萃取劑時(shí)，除了考慮其對(duì)分離物質(zhì)的溶解度和選擇性外，還必須注意它的其他物理性質(zhì)。一般柱式萃取設(shè)備中，由于連續(xù)相和分散相液滴群的逆流流動(dòng)，柱內(nèi)軸線混合的影響十分嚴(yán)重。膜萃取過程可以實(shí)現(xiàn)同級(jí)萃取和反萃取過程，可以采用流體載體促進(jìn)遷移

18、等措施，以提高過程的傳質(zhì)效率。料液相與溶劑相分別位于膜兩側(cè)，可以避免與其相似的支撐液膜操作中膜內(nèi)溶劑的流失問題。液膜分離過程與溶劑萃取過程的相似處：都是有萃取和反萃取兩步驟組成，但溶劑萃取中的萃取與反萃取是分步進(jìn)行的。他們之間的耦合是通過外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)的；而液膜分離過程的萃取與反萃取分別發(fā)生在膜兩側(cè)界面，溶質(zhì)從料液相萃入膜相，并擴(kuò)散到膜相的另一側(cè)，再被反萃入接收相，由此實(shí)現(xiàn)萃取與反萃取的“內(nèi)耦合”。液膜：由膜溶劑，表面活性劑，添加劑和流動(dòng)載體組成。乳狀液膜分離機(jī)理：?jiǎn)渭冞w移：膜中不含流動(dòng)載體，內(nèi)外相不含與待分離物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的試劑，依據(jù)待分離組分（A和B）在膜中溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同，導(dǎo)致待分離

19、組分在膜中滲透速度不同而實(shí)現(xiàn)分離。型促進(jìn)遷移：在接收相中添加與溶質(zhì)發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)的試劑，使待遷移的溶質(zhì)與其生成不能逆擴(kuò)散透過膜的產(chǎn)物，從而保持滲透物在膜相兩側(cè)的最大濃度差，以促進(jìn)溶質(zhì)遷移。型促進(jìn)遷移：在制乳時(shí)加入流動(dòng)載體（萃取劑，配合劑，液體離子交換劑），載體分子R1先在外相選擇性地與某種溶質(zhì)A發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物R1A擴(kuò)散都膜的另一側(cè)，與液膜內(nèi)相中的試劑R2作用，并把該溶質(zhì)A釋放到內(nèi)相，而流動(dòng)載體又?jǐn)U散到外相側(cè)。電化學(xué)分離法：根據(jù)原子或分子的電性質(zhì)以及離子的帶電性質(zhì)和行為進(jìn)行化學(xué)分離的方法。自發(fā)電沉積：一種元素的離子自發(fā)地沉積在另一種金屬電極上的過程。電解：借外電源的作用使化學(xué)反應(yīng)向著非自發(fā)方向進(jìn)行的過程。電解分離法可分為控制電勢(shì)電解分離法，控制電流電解分離法，汞陰極電解分離法及內(nèi)電解分離法。電泳：在電場(chǎng)作用