2022年分离科学与技术的复习资料总结

1、学习好资料 欢迎下载分离：利用混合物中各组分在物性和化性的差异，通过适当的装置和方法， 使各组分分配至不同的空间区域或在不同的时间依次分配到同一时间区域的过程。富集：通过分离使目标组分在某空间区域的浓度增大。浓缩：将溶剂部分分离， 使溶质浓度同等提高的过程。 纯化：通过分离使目标物质纯度提高的过程。 （富集 0.1 ，浓缩 0.1-0.9, 纯化0，放热时 Q0,体系对环境做功为负 ) 体系发生微小变化：dUQW T体系只做体积功 W：UQWQ(PV)造成或扩大若体系为等压过程：UQp（V 2V 1）因此，体系从环境吸收的热量QP为: QP( U2PV2)( U1PV 1)( UPV)H式中，

2、 H定义为焓：HUPV熵：可逆过程体系从环境吸收的热与温度的比值。dS(Q)可逆T热力学第二定律表达式 ：d SQ,TdSQ隔离体系：d S0 或S0T不存在非体积功时：dUTdSpdV化学平衡常数 K：Kexp（-RTi）外场的作用 ：提供外力帮助待分离组分进行运输；利用外场对不同组分作用力的不同，待分离组分之间的化学势之差，起到促进分离的作用。分配等温线 ：对于一个给定的体系及溶质，在一定温度下，分配平衡可以用溶质在 A 相的浓度 cA对该溶质在 B相的浓度 cB来作图。气固吸附分配体系 ：朗格缪尔吸附模型：假定溶质在均匀的吸附剂表面按单分子层吸附。朗格缪尔吸附方程：q q max K A

3、 p（q 为溶质吸附量， p 为溶质气体分压， qmax为溶质在固相表面以单1 K A p分子层覆盖的最大容量， KA为溶质的吸附平衡常数）分压较低时 q K A q max p液固吸附体系 ：忽略溶剂与吸附剂的相互作用，就类似气固吸附体系。q q max K A c1 K A c气液分配平衡体系 ：是气体在溶液中的溶解平衡。亨利定律：在中等压力下，气体在溶液中的溶解度（气体浓度为的分压 pi 成正比。即ciKpi液液分配体系 ：溶质在两互不相溶的溶剂间的分配。c）与溶液上方气相中该溶质气体能斯特分配定律 ：在一定温度下，溶质 i 在两相（ A和 B）间达到分配平衡后，它在两相中的浓度之比为一

4、常数。K i c i，Bc i，A化学势 ：在等温等压和其他物质不变的情况下，每摩尔物质 i 的自由能。物理意义：等 T,P，其他组分不变时引入 1mol 组分 i 所引起的体系吉布斯自由能的变化。用于表示敞开体系的化学平衡。影响因素：溶质对相的亲和势能， 由溶质分子与相物质分子间相互作用力的大小决定。溶质 i 在该相的稀释程度，这将影响稀释过程熵的变化。组分 i 在任意一相中的化学势为：i i RT ln i调整 i的方法 ：选择合适的溶剂，沉淀剂，配位试剂，氧化还原剂，重力场，电磁场，离心场。相平衡：从热力学的角度研究物质从一种相转变为另一种相的规律。引起相变条件： T,P, 溶剂和化学反

5、应。相图和相律是研究相平衡的重要方法。当将处于液相状态 a 的液态混合物恒压升温至液相线上的 L1 点时，液相开始产生气泡，对应混合物的温度t 1称为该液相的泡点。处于气态的气态混合物恒压降温至气相线上的 G2 点时，气相开始凝聚出露珠似的液滴，对应的温度称为该气相的露点。相图：以图形研究多相体系状态随浓度，温度和压力等条件的变化，比较直观，但不够准确。相率：研究平衡体系中的相数， 独立组分数与描述该平衡体系变量数目之间的关系。只做定性描述。FCP2(C 为独立组分数， P为相的个数， F 为自由度 ) 常见的平衡分离方法 ：溶解，蒸馏，结晶，凝结。学习好资料 欢迎下载纯水的相图 ：OA是根据

6、不同压力下水和冰平衡共存的温度数据画出来的，表示水和冰的平衡状态，称冰的熔点曲线； OB是根据不同温度下冰的饱和蒸汽压数据画出来的，表示冰和水蒸气的平衡状态，称冰的饱和蒸汽压曲线或升华曲线；OC是根据不用温度下水的饱和蒸汽压数据画出来的，表示水和水蒸汽的平衡状态， 称为水的饱和蒸汽压曲线或蒸发曲线；OC是 OC的延伸，通常情况下，OC到达 O点（0.01 ）后，应有冰出现，但常常可以使水冷却到0.01 以下而仍无冰产生，为水的过冷现象。根据不同温度下过冷水的饱和蒸汽压数据即可画出曲线 OC , 称为过冷水的饱和蒸汽压曲线；气液平衡线 OC延伸到 C 点（647 . 3 K , 2 . 21 1

7、0 4 kPa）即终止，如果再增加压力和温度，就进入一个既非气态也非液态的区域，称超临界流体区，C点称为临界点。双组分体系的相图 ：连接 t A和 t B的两条线中，上方的那条线是连接对应于不同温度下的气相组成点得到的， 称为气相线； 下方的那条线是连接不用温度下的液相组成的点得到的，称为液相线；液相线下方为液相区， 气相线上方为气相区， 气相线和液相线包围的区域为气液共存区；当将处于状态 a 的液态混合物恒压升温致液相上的L1点时，液相就会开始产生气泡沸腾， 对应的温度 t 1称为该液相的泡点。 液相线反映了液相组成与泡点的关系，所以也称泡点线。 若将处于状态 b 的气态混合物恒压降温致气相

8、线上的 G2 点时，气相就会开始凝结出露珠似的液滴，对应的温度 t 2称为该气相的露点。气相线反映了气相组成与露点的关系，所以称为露点线。状态 a 的液相加热到其泡点t 1 产生的气泡的状态点为 G1 点，状态 b 的气相冷却至其露点 t 2析出的液滴的状态点为 L2 点。拉乌尔定律 ：在一定温度下，某组分的蒸汽分压 pi 等于该纯组分的饱和蒸汽压 ip与其在液相的摩尔分数的乘积。即 p i p i x i学习好资料 欢迎下载道尔顿定律 ：溶液上方气相的蒸汽压即有ppApBp 等于各组分的分压之和， 对于 A和 B物质组成的双组分体系，泡点方程 ：xAPP B, 表示了双组分气液平衡体系的p-

9、T-x 关系。p-x 关系。P AP B露点方程 ：yAP A(PP B), 反应了一定温度下压力与组成的关系，即P(P AP B)传质过程 ：适当的介质中，在化学势梯度的驱动下物质分子发生相对位移的过程。宏观物体基本运动方程：Md2x-dp-fdxcdt2dxdt分子运动方程：Md2x-d-fdxdt2dxdt流密度 J：来反映分子在流体中的运动速度，指单位时间内通过单位面积的物质的量。费克第一扩散定律 ：J(x)-Ady-RTdc-Ddc，物理意义：扩散系数一定时，单位时间扩散通过dxfdxdx单位截面积的物质的量与浓度梯度成正比，负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反。（假设浓度在扩散方向上

10、不随时间变化）费克第二扩散定律 ：（一维扩散）dc dtDd2cdx2介质对溶质输运所产生的流密度为：Jvc有流存在时的溶质流密度为：JUcvc无流时流密度 :JY cRTdcfdx有流时的流密度：J(Yv)cRT fdcdx第一章：分子间的相互作用与溶剂特性 分子间相互作用：静电相互作用 ：Fqiqj2zizj2 e40r40r2范德华力 ：包括永久偶极 （分子中因电荷分布不均匀而出现的正电荷中心与负电荷中心相分离的现 象）相互作用力，诱导偶极（非极性分子没有固有偶极，当受到电场作用时，分子间电荷分布发生 变化，正负电荷中心分离， 产生诱导偶极）相互作用力和色散（两个无永久偶极距的电中性分子

11、在 近距离中产生相互吸引的现象）力。氢键：氢原子在分子中与电负性较大的原子 Y，与之形成较弱的化学组合。X形成共价键时， 还可以吸引另一个电负性较大的原子电荷转移相互作用 。溶解度参数 ：体现了分子中色散，偶极定向诱导和氢键作用的大小。i（U i）内 E iV i V i混合溶剂的选择步骤 ：一，选择一种非极性溶剂（p，接近于 0）和一种极性溶剂，将二者按不同比例混合得到一系列不同极性的混合溶剂，其极性 p 可按 p 1 p 1 2 p 2 i p i 计算得到。 二，研i究目标溶质在上述一系列不同极性混合溶剂中的溶解度，从其最大溶解度所对应的混合溶剂的 p 值可知溶质的近似 p 值。三，从溶

12、剂选择性三角形中的不同组分中挑选新的极性溶剂替换第一步中的极性溶剂，并通过此极性溶剂的比例维持混合剂的最佳 择性都合适的溶剂。p 值不变，最终必定能找到一种溶解性和选萃取分离法 ：将样品中的目标化合物选择性的转移到另一相中或选择性的保留在原来的相中，是目学习好资料 欢迎下载 标化合物与原来复杂溶剂萃取： 利用不同物质在互不相溶的两相间的分配系数的差异使目标物质与 基体物质相互分离的方法。分配平衡常数 ：在一定温度下，当某一溶质在互不相溶的两种溶剂中达到分配平衡时，该溶质在两相中的浓度之比为一常数。K DA orgA aq分 配 比 ： 某 种 物 质 在 有 机 相 中 各 形 态 的 总 浓

13、 度 与 其 在 水 相 中 各 形 态 的 总 浓 度 的 比 值 。D有机相中各形态的总浓度cAiA iorgorg水相中各形态的总浓度cA aqA iaqi萃取率 ：一定条件下被萃取溶质进入有机相的量。即E溶质在有机相中的量corgc rogV orgVaq溶质在两相中的总量Vorgc aq萃取过程三步 ：水相中被萃取溶质与加入的萃取剂是生成可萃取化合物，在两相界面萃合物因疏 水分配作用进去有机相，萃合物在有机相中发生化学反应。膜：两相之间的不连续区间， 对被分离物质有选择透过的能力，于长和宽。它的维度是二维， 厚度尺寸远远小膜分离 ：以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力（压

14、差，浓度差，电位差）时，原 料侧组分选择性的透过膜，以达到分离或提纯的目的。膜分离技术的优点 ：分离效率高，设备体积通常较小，可以直接插入已有的生产工艺流程，不需 要对生产线进行大的改变； 多数膜分离过程的能耗低， 工作温度在室温附近， 特别适合热敏物质的 处理；膜分离设备本身没有运动部件，工作温度又在室温附近，故很少需要维护，可靠度高；膜分 离过程的规模和处理能力可在很大范围内变化，效率，设备单价，运行费用等变化不大。缺点：膜强度较差；使用寿命长，易于被玷污而影响分离效率等。性，化学稳定性，耐酸，碱，微生物浸蚀和耐氧化性能。微滤、超滤、纳滤都是以压力差为推动力的膜分离过程。材料的要求 ：具有

15、良好的成膜性，热稳定类型分离原理膜结构膜材料用于悬浮液中固液分离的机理微滤主要是筛分截留，吸附截留，滤孔分布均匀；孔隙率高；膜通量可以是有机高分子架桥截留，网络截留和静电截材料，也可以是无机留；用于气体中悬浮颗粒进行大；膜厚度薄；连续的整体结构材料分离的机理有直接截留，惯性沉积，扩散沉积和拦集作用超滤筛分作用膜孔径在微滤纳滤之间，分离水溶高分子材料和无机液中的大分子，胶体，蛋白质等材料两大类膜表面较反渗透膜表层疏松的多，纳滤物理截留或截留筛分；纳滤膜较超滤膜表层致密，多为复合膜，的表面分离层由聚电解质构成即膜表面分离层和支撑层的化学组成不同无机膜较有机膜优点 ：热稳定性好；化学稳定性好；清洗方

16、便；机械稳定性好。但无机膜制备成 本高，使用寿命较有机膜长，且有机膜制备技术成熟，来源丰富，价格低廉。制备微孔滤膜的方法 ：烧结法 ：将一定大小颗粒的粉末压缩后在高温下烧结，烧结过程中， 粒子的表面逐渐变软至溶，颗粒间界面逐渐消失， 最后粘结形成多孔体。 拉伸法 ：指在相对低的熔融温度和高应力下挤出薄膜或 纤维，聚合物分子会沿拉伸方向排列成微区，成核，形成垂直于拉伸方向的链折叠微晶片。相转化学习好资料 欢迎下载 法：可分为控制溶剂蒸发凝胶法（将纤维素脂溶解在特定的混合溶剂中制成铸膜液，经过滤，脱气 后在金属或塑料带上流延成薄层。在一定温度，湿度，溶剂蒸汽浓度，通风速度等环境条件下，膜 薄层中的

17、溶剂缓缓蒸发最后成膜。 ）浸没凝胶法（将铸膜液薄层浸入水中或其他凝固液中，使溶剂 与凝固液立即相互扩散， 急速造成相分离， 形成凝胶。 待凝胶层中的剩余溶剂与添加剂进一步被凝固液中的液体交换出来后，就形成多孔膜。）热致相分离法（将只能在较高温度下才能互溶的聚合物和增塑剂先加热融合， 再将此溶液流延或挤压成薄层后使之冷却，当温度下降到某一温度时， 溶液中聚合物链相互作用成为凝胶结构，最后因相分离形成细孔， 将分相后的凝胶浸入萃取液中除去增塑剂，制成热致相分离膜。 ）核径刻蚀法 ：均质聚合物膜置于核反应器的带电粒子束照射下，带电粒子通过膜时， 打断膜内聚合物链节，留下感光径迹，然后膜通过一刻蚀浴，

18、其内溶液优先刻蚀掉聚合物中感光的核径迹，形成孔。溶胶凝胶法 ：（悬浮胶体凝胶途径和聚合凝胶途径）选取一种先驱化合物， 加水后，先驱化合物水解成氢氧化物，水解的醇盐可以利用其羟基与其他反应物反应而形成聚氧金属化物，溶液的黏度会变大。加入酸使溶胶发生胶溶化，形成稳定悬浮液。 通常加入有机聚合物使溶液粘度加大， 减少孔渗现象， 改变颗粒的表面电荷或增大浓度，颗粒会通过聚集而形成凝胶。膜污染 ：膜表面的附着层和膜孔堵塞。污染 ：原料液预处理，膜表面改性，外加电场，离心场和超声波场；采用气体和液体两种介质进行高压反冲；强化传质，包括改变流道截面的形状，由圆形改为星形，组件插入不同的金属型芯，在进料液中加

19、入气泡。绵球机械冲洗； 化学方法： 采用对膜表面本身没有破坏性，试剂对膜进行清洗。表征超滤膜性能的参数 ：渗透速率，膜截留性能清洗：物理方法：高压水射流冲洗，海 对污染物有溶解作用或置换作用的化学渗透速率 ：表征超滤膜过滤料液的速率，指每平方米每小时过滤料液的体积。膜的截留性能 ：采用截留分子量（标准物为三类：球状蛋白质，带支链的多糖及线性分子。由于 超滤膜的孔径有一定分布， 超滤膜的最大孔径要远远大于膜的有效孔径或由截留分子量表征的孔径 值）和截留率（对于一定分子量的物质，膜所能截留的程度）表示。膜萃取 ：水相和萃取相分别位于微孔膜两侧，由于微孔膜的疏水性，膜一侧的萃取相（或料液相）浸满膜的

20、微孔，在膜的另一侧表面两相接触实现传质，无相分散行为发生。膜萃取技术特点 ：通常萃取过程是一相在另一相内分散为液滴，实现分散相与连续相间的传质，为了完成液液直接 之后分散相液滴重新聚结分相。 连续逆流萃取是一般萃取过程中常采用的流程，接触中的两相逆流流动， 在选择萃取剂时， 除了考虑其对分离物质的溶解度和选择性外，还必须注 意它的其他物理性质。 一般柱式萃取设备中， 由于连续相和分散相液滴群的逆流流动，柱内轴线混合的影响十分严重。 膜萃取过程可以实现同级萃取和反萃取过程，施，以提高过程的传质效率。 料液相与溶剂相分别位于膜两侧，中膜内溶剂的流失问题。可以采用流体载体促进迁移等措 可以避免与其相

21、似的支撑液膜操作液膜分离过程与溶剂萃取过程的相似处：都是有萃取和反萃取两步骤组成，但溶剂萃取中的萃取与反萃取是分步进行的。 他们之间的耦合是通过外部设备实现的；而液膜分离过程的萃取与反萃取分别发生在膜两侧界面， 溶质从料液相萃入膜相，并扩散到膜相的另一侧，再被反萃入接收相，由 此实现萃取与反萃取的“ 内耦合”。液膜：由膜溶剂，表面活性剂，添加剂和流动载体组成。乳状液膜分离机理 ：单纯迁移：膜中不含流动载体，内外相不含与待分离物质发生化学反应的试 剂，依据待分离组分（ A和 B）在膜中溶解度和扩散系数不同，导致待分离组分在膜中渗透速度不 同而实现分离。 型促进迁移： 在接收相中添加与溶质发生不可逆化学反应的试剂，使待迁移的溶 质与其生成不能逆扩散透过膜的产物， 从而保持渗透物在膜相两侧的最大浓度差，以促进溶质迁移。型促进迁移：在制乳时加入流动载体（萃取剂，配合剂，液体离子交换剂），载体分子 R1先在外 相选择性地与某种溶质 A发生化学反应， 生成中间产物 R1A扩散都膜的另一侧， 与液膜内相中的试学习好资料 欢迎下载 剂 R2作用，并把该溶质 A释放到内相，而流动载体又扩散到外相侧。电化学分离法 ：根据原子或分子的电性质以及离子的带电性质和行为进行化学分离的方法。自发电沉积 ：一种元素的离子自发地沉积在另一种金属电极上的过程。电解：借外电源的作用使化学反应向着非自