物质的分离与纯化技术

第一页，共七十页，2022年，8月28日生活中需要用到分离技术的实例：1、提纯物质：多晶硅2、富集：矿物提取3、功能性物质提取：中药成分提取、天然香料提取4、浓缩：中药成分、精油5、除有害物质：从咖啡中脱掉咖啡因6、环境处理：工业、汽车尾气处理第二页，共七十页，2022年，8月28日分离：是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异，通过适当的装置或方法，使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。基本概念分离装置原料（混合物）能量或分离剂目标产物残余物第三页，共七十页，2022年，8月28日分离过程的本质如何判断分离或混合是否自发进行？

体系总的自由能G=势能项+熵项

体系自发变化的方向是使体系的自由能降低的方向！Fe3+6mol/L的HClTi3+6mol/L的HCl抽调隔板Fe3+

Ti3+6mol/L的HCl混合均匀Fe3+Ti3+6mol/L的HCl乙醚抽调隔板Ti3+6mol/L的HCl乙醚，Fe3+Ti的亲水势能大于浓度差差生的化学势（熵效应）Fe离子的亲溶剂势能大于浓度差差生的化学势浓度差，熵效应驱使系统自发混合除浓度差外，各组分趋向于分配在低势能相（自由能降低）第四页，共七十页，2022年，8月28日分离方法的分类1、按被分离物质的性质分类（1）物理分离法：离心分离、电磁分离；（2）化学分离法：沉淀、萃取；（3）物理化学分离法：电泳、膜分离。现代分离方法与技术p6表1-1第五页，共七十页，2022年，8月28日2、按分离过程的本质分类（1）平衡分离过程是借助外加能量或分离剂使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。现代分离方法与技术p7表1-2第六页，共七十页，2022年，8月28日（2）速率差分离过程速率分离过程是在某种推动力（重力差、浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分的分离。现代分离方法与技术p7表1-3第七页，共七十页，2022年，8月28日（3）反应分离过程反应分离过程是一种利用外加能量或化学剂，促进化学反应达到分离的方法。现代分离方法与技术p7表1-4第八页，共七十页，2022年，8月28日去除氟的方法（1）混凝沉淀法（2）吸附与离子交换法（3）电凝聚法（4）电渗析法（5）反渗透法石灰除氟法铝盐混凝法活性氧化铝法骨炭法沸石法++第九页，共七十页，2022年，8月28日第一节吸附分离技术1、基本概念吸附：气体或液体分子吸着于固体物质表面的趋势，通常形成单分子层，有时形成多分子层，这种现象称为吸附。被吸附的物质→吸附质→液体或气体吸附物质→吸附剂→具有多孔表面的固体第十页，共七十页，2022年，8月28日吸附的分类：吸附物理吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力(即范徳华力)而产生的吸附吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附解吸（吸热）吸附（放热）降温、加压加温、降压解吸：吸附的逆过程。第十一页，共七十页，2022年，8月28日

再生：是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢复它的吸附能力。再生方法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来第十二页，共七十页，2022年，8月28日2、吸附剂特征：多孔结构和具有很大的比表面。吸附剂亲水性应用活性炭疏水，亲有机物有机物吸附沸石分子筛亲极性分子，疏有机物H20、CO2、H2S等极性分子硅胶亲水干燥吸水活性氧化铝亲水干燥吸水原理：极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子)型的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。第十三页，共七十页，2022年，8月28日3、吸附平衡吸附平衡：在一定条件下，吸附质在两相中的浓度不再发生变化。平衡吸附量：达到吸附平衡时，吸附剂对吸附质的吸附量。平衡浓度（分压）：达到吸附平衡时，流体中吸附质的浓度（分压）。发生吸附：当流体中吸附质浓度（分压）﹥平衡浓度（分压）发生解吸：当流体中吸附质浓度（分压）﹤平衡浓度（分压）吸附平衡关系决定了吸附过程的方向和极限！！第十四页，共七十页，2022年，8月28日对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即：

通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如：T=常数，q=f(p)，得吸附等温线。p=常数，q=f(T)，得吸附等压线。q=常数，p=f(T)，得吸附等量线。吸附平衡关系：平衡吸附量与平衡浓度（分压）之间的关系，通常用吸附等温线表示。第十五页，共七十页，2022年，8月28日（1）气体吸附平衡（单组分气体的吸附）课本p242图11-2Ⅰ：吸附剂毛细孔的孔径比吸附质分子直径略大使得单分子层吸附Ⅱ：完成单分子吸附后再形成多分子层吸附。Ⅲ：吸附气体量不断随组分分压的增加直至相对饱和值趋于1为止。Ⅳ：为Ⅱ的变形，能形成有限多层的吸附。Ⅴ：偶然见于分子互相吸引效应很大的情况。第十六页，共七十页，2022年，8月28日（2）液相吸附平衡液固吸附与气固吸附的区别：（1）溶液吸附比气体吸附复杂（2）溶液吸附速度的影响因素多如：黏度分子大小扩散速度快慢固体孔径大小等第十七页，共七十页，2022年，8月28日a：溶质始终优先被吸附b：溶质、溶剂被吸附的能力大致相同

C-D段：溶质被优先吸附

D-E段：溶剂优先被吸附

C（纯溶剂）、E（纯溶质）

D（吸附比例相等）第十八页，共七十页，2022年，8月28日4、吸附工艺设备操作方式连续式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液。固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中.在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中.吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中.第十九页，共七十页，2022年，8月28日（1）吸附搅拌槽（2）固定床吸附课本p245图11-4吸附搅拌槽图将要处理的液体与粉末状吸附剂加入搅拌槽中，在搅拌作用下，固液形成悬浮液，固液充分接触时吸附质被吸附。设备筒内的多孔支撑板上均匀堆放吸附剂颗粒，成为固定的吸附床。流体由上而下通过固定床而被吸收。第二十页，共七十页，2022年，8月28日（3）移动床及模拟移动床吸附气固相移动床吸附塔工作原理课本p246图11-5液固相移动床吸附塔工作原理课本p245图11-6第二十一页，共七十页，2022年，8月28日

5、变压吸附技术定义：在恒温条件下通过改变压力进行吸附—解吸的操作。工艺流程：一塔吸附（加压），一塔再生（降压），每隔一定时间互相交替。优点：不需要加热和冷却设备，只需要改变压力即可吸附-脱附，其循环周期短，吸附剂利用效率高，设备体积小，操作范围广，气体处理量大，分离产品纯度高。解吸吸附加压降压示意图课本p248图11-8第二十二页，共七十页，2022年，8月28日6、吸附分离技术在化学工业中的应用气体或溶液的除臭.脱色与溶剂蒸气的回收.气体或溶液的脱水与深度干燥.气体预处理与气体中痕量物质的吸附分离精制.气体本体组分分离.烷烃.烯烃与芳烃馏分的分离.食品工业中的分离精制.环境保护与水处理.海水工业和湿法冶金等工业中的应用.第二十三页，共七十页，2022年，8月28日吸附法在污水处理中的应用吸附法除汞

活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。第二十四页，共七十页，2022年，8月28日第二节吸收分离技术1、基本概念吸收分离：利用混合气体中各组分在液体中的溶解度不同而分离气体的操作。溶解于液体的气体组分→吸收质用于溶解气体的液体→吸附剂溶解了吸收质的吸收剂→吸收液（完成液）

气体在液体中的溶解度与气体、液体的种类、温度、压强有关。提高压强，降低温度，对吸收过程有利；反之，则不利于吸收，而对解吸过程有利。所以说溶解度是吸收操作过程的基础。与吸附的区别Ⅰ第二十五页，共七十页，2022年，8月28日密闭容器水（溶剂）氨气(浓度高)＋空气(惰性气体)(溶质，被吸收组分)氨气（浓度低）＋空气总压溶质（A）分压与溶液中A的浓度成平衡的气相分压吸收，解吸，平衡，——吸收总推动力第二十六页，共七十页，2022年，8月28日解吸：吸收的逆过程。在生产中解吸有两个目的：

1、获得所需高纯度的气体溶质

2、使吸收剂再生解吸（吸热）吸收（放出溶解热）降温、加压加温、降压可增大溶解度与吸附的区别Ⅱ第二十七页，共七十页，2022年，8月28日常用方法:1、加热解吸2、减压解吸3、在惰性气体中解吸向解吸塔中通入的水蒸汽、空气等气体，降低液面上溶质气体的分压，使吸收剂中的溶质气体更完全的解吸出来。这一过程称为气提，所用的水蒸汽、空气等气体称为气提气。

第二十八页，共七十页，2022年，8月28日吸收的分类：按溶质数多少按溶质和溶剂间的作用按吸收温度状况单组分吸收多组分吸收物理吸收化学吸收等温吸收非等温吸收吸收极限吸收速率热效应可逆性物理吸收溶解度气液相中吸收质的浓度差、扩散速率溶解热，热效应小可逆吸附化学吸收反应平衡常数扩散速率、化学反应速率溶解热，反应热可逆或不可逆吸附溶解热反应热第二十九页，共七十页，2022年，8月28日强化吸收速率的方法1、提高吸收系数----正确选择吸收剂2、增大吸收推动力-----逆流

3、增大气液传质面积-----提供气、液两相有足够大的接触面积，尽可能使气、液两相接触充分.第三十页，共七十页，2022年，8月28日第三十一页，共七十页，2022年，8月28日气体溶质从气相主体到液相主体，共经历了三个过程:对流——溶解——对流第三十二页，共七十页，2022年，8月28日影响吸收操作的因素

1、吸收质的溶解性能(1)气膜控制加大气体流速，减少气膜厚度。(2)液膜控制增大液体流速，减少液膜阻力。(3)中等溶解度的气体同时增大气体和液体流速。第三十三页，共七十页，2022年，8月28日

2、吸收剂的选择（1）溶解度：吸收质在吸收剂中溶解度大，即吸收质的平衡分压低。（2）选择性：对混合气体中其他组分的溶解度低。（3）挥发性：吸收剂的蒸汽压要低，挥发小。（4）粘度：越低越利于传质和传热。（5）再生性：吸收质在吸收剂中的溶解度对温度的变化要敏感，即随温度升高，溶解度迅速下降，平衡分压迅速上升。（6）稳定性：化学稳定性好。（7）经济性：价廉。第三十四页，共七十页，2022年，8月28日

3、温度的影响低温操作可以增大气体在液体中的溶解度，对气体吸收有利.但温度太低时，对吸收又是不利的。所以要选择一个适宜的吸收温度。

4、压力增加吸收塔系统的压力，但过高地增加气体系统压力，会使动力消耗增大，设备耐压性、密封性增强，设备要求高，使设备投资和日常性生产费用加大。一般能在常压下进行吸收操作的就不要无故地提高压力.6、吸收剂的纯度吸收剂的纯度越高，对吸收越有利。但是，解吸越完全，解吸所需要的费用越高。第三十五页，共七十页，2022年，8月28日

5、气、液相流量的影响

(1)气流速度:气速大，有利于吸收；气速过大，造成液泛现象或夹带雾沫或气液接触不良等现象。

(2)吸收剂流量:吸收剂流量越大，有利于吸收，过大，则增加操作费用。(3）喷淋密度:喷淋密度过大，吸收液质量降低，过小时则不能保证气体被吸收后的纯净度。如在填料吸收塔中，吸收剂的喷淋密度一定要保证全部填料湿润，喷淋密度过小可能会导致填料表面不能被完全润湿喷淋密度过大，则流体阻力增加，可能将引起液泛现象。选择好喷淋装置，也是保证喷淋密度均匀的必要手段。第三十六页，共七十页，2022年，8月28日4、气体吸收技术的应用(1)净化或精制气体：除去气体中的杂质例子：用水吸收黄铁矿焙烧产物，除去HF等。（2）制取某种气体的液态产品例子：用水吸收NO2(HCl）制取硝酸（盐酸）。（3）回收气体例子：用硫酸处理焦炉气以回收其中的氮气。（4）工业废气处理例子：吸收NO2、NO、SO2等有害气体。补充实例第三十七页，共七十页，2022年，8月28日第三节膜分离技术生活中常见的膜：第三十八页，共七十页，2022年，8月28日1、基本概念膜分离技术：是利用膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分离技术。膜：分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。膜至少具有两个界面，膜通过这两个界面与被分割的两侧流体（气体或液体）接触并进行传递。广义上讲，膜是指分隔两相的界面，并以特定的形式限制和传递各种化学物质。第三十九页，共七十页，2022年，8月28日膜的分类：（1）完全透过性的，也可以是半透过性的。膜以不同速率传递不同的分子样品，则为半透膜。（2）可以是固态的，也可以是液态或气相的。（3）可以是多孔的，也可以是致密的。

多孔膜的分离机理是筛分作用，主要用于超滤、微滤、渗析或用作复合膜的支撑膜；致密膜的分离机理是溶解-扩散作用，主要用于反渗透、气体分离、渗透汽化。（4）可以是对称的，也可以是非对称的。

对称膜的各个部分是均匀的，渗透率都相同；非对称膜表面为致密或细孔表皮层，下面是多孔的支撑层。（5）可以是中性的，也可以是荷电性的。（6）可以是高分子膜，也可以是无机膜。第四十页，共七十页，2022年，8月28日2、膜分离的特点（1）膜分离过程没有相的变化(渗透蒸发膜除外)，常温下即可操作，耗能少；（2）由于避免了高温操作，所浓缩和富集物质的性质不容易发生变化，因此特别适合于热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离；（3）膜分离装置简单、操作容易，投资费用低；（4）对无机物、有机物及生物制品均可适用，并且不产生二次污染；（5）特别适合于性质相似组分、同分异构体组分。膜分离过程的共同优点是：

能耗少、效率高、成本低、无污染并可回收有用物质。第四十一页，共七十页，2022年，8月28日3、膜分离过程膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电位差等。膜分离过程可概述为以下三种形式：①渗析式膜分离料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液，从而被分离出去。属于渗析式膜分离的有渗析和电渗等；②过滤式膜分离利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等；③液膜分离液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。第四十二页，共七十页，2022年，8月28日表4—2几种主要分离膜的分离过程膜过程推动力传递机理透过物截留物膜类型微滤压力差颗粒大小形状水、溶剂溶解物悬浮物颗粒多孔膜超滤压力差分子特性大小形状水、溶剂小分子胶体和超过截留分子量的分子非对称性膜纳滤压力差离子大小及电荷水、一价离子、多价离子有机物非对称性膜复合膜反渗透压力差溶剂的扩散传递水、溶剂溶质、盐非对称性膜复合膜第四十三页，共七十页，2022年，8月28日膜过程推动力传递机理透过物截留物膜类型渗析浓度差溶质的扩散传递低分子量物、离子溶剂非对称性膜电渗析电位差电解质离子的选择传递电解质离子非电解质，大分子物质离子交换膜气体分离压力差气体和蒸汽的扩散渗透气体或蒸汽难渗透性气体或蒸汽均相、复合、非对称膜渗透蒸发压力差选择传递易渗溶质或溶剂难渗透性溶质或溶剂均相、复合、非对称膜液膜分离浓度差反应促进和扩散传递杂质溶剂乳状液膜、支撑液膜第四十四页，共七十页，2022年，8月28日4、微滤、超滤、纳滤

微滤、超滤和纳滤都是一压力差为推动力的，其中微滤、超滤都是在压力推动下进行的筛分分离过程。

纳滤膜除截留筛分外，其表面分离层由聚电解质构成，对离子有静电作用，因此对无机盐有一定的截留率。进料滤液（水）现代分离方法与技术p187图8-5进料滤液（水）浓缩液进料低价离子溶质（水）高价离子溶质（盐）第四十五页，共七十页，2022年，8月28日（1）微孔过滤技术应用领域1）微粒和细菌的过滤。可用于水的高度净化、食品和饮料的除菌、药液的过滤、发酵工业的空气净化和除菌等。2）微粒和细菌的检测。微孔膜可作为微粒和细菌的富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定。3）气体、溶液和水的净化。大气中悬浮的尘埃、纤维、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固体颗粒和微生物，都可借助微孔膜去除。第四十六页，共七十页，2022年，8月28日4）食糖与酒类的精制。微孔膜对食糖溶液和啤、黄酒等酒类进行过滤，可除去食糖中的杂质、酒类中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的纯度和酒类产品的清澈度，延长存放期。由于是常温操作，不会使酒类产品变味。5）药物的除菌和除微粒。以前药物的灭菌主要采用热压法。但是热压法灭菌时，细菌的尸体仍留在药品中。而且对于热敏性药物，如胰岛素、血清蛋白等不能采用热压法灭菌。对于这类情况，微孔膜有突出的优点，经过微孔膜过滤后，细菌被截留，无细菌尸体残留在药物中。常温操作也不会引起药物的受热破坏和变性。第四十七页，共七十页，2022年，8月28日（2）超滤技术应用领域1）纯水的制备。超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异物的除去，用于制备高纯饮用水、电子工业超净水和医用无菌水等。2）汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理。汽车、家具等制品的电泳涂装淋洗水中常含有1％～2％的涂料（高分子物质），用超滤装置可分离出清水重复用于清洗，同时又使涂料得到浓缩重新用于电泳涂装。3）食品工业中的废水处理。在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分离蛋白和低分子量的乳糖。4）果汁、酒等饮料的消毒与澄清。应用超滤技术可除去果汁的果胶和酒中的微生物等杂质，使果汁和酒在净化处理的同时保持原有的色、香、味，操作方便，成本较低。5）在医药和生化工业中用于处理热敏性物质，分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。6）造纸厂的废水处理。第四十八页，共七十页，2022年，8月28日（2）纳滤技术应用领域1)饮用水的制备2）低聚糖的分离和精制3）果汁的浓缩4）肽和氨基酸的分离5）抗生素的浓缩与纯化第四十九页，共七十页，2022年，8月28日5、反渗透图4—4渗透与反渗透原理示意图第五十页，共七十页，2022年，8月28日渗透和反渗透的原理如图4—4所示。如果用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象称渗透（图4—4a）。这一过程的推动力是低浓度溶液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之差，表现为水的渗透压。随着水的渗透，高浓度水溶液一侧的液面升高，压力增大。当液面升高至H时，渗透达到平衡，两侧的压力差就称为渗透压（图4—4b）。渗透过程达到平衡后，水不再有渗透，渗透通量为零。如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧，这一过程就称为反渗透（图4—4c）。

第五十一页，共七十页，2022年，8月28日表4—3反渗透、超滤和微孔过滤技术的原理和操作特点比较分离技术类型反渗透超滤微滤膜的形式表面致密的非对称膜、复合膜等非对称膜、表面微孔微孔膜膜材料纤维素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纤维素、PVC等操作压力/MPa2～1000.1～0.50.01～0.2分离的物质分子量小于500的小分子物质分子量大于500的大分子和细小胶体微粒0.1～10μm的粒子分离机理非简单筛分，膜的物化性能对分离起主要作用筛分，膜的物化性能对分离起一定作用筛分，膜的物理结构对分离起决定作用水的渗透通量/(m3.m-2.d-1)0.1～2.50.5～520～200第五十二页，共七十页，2022年，8月28日反渗透与纳滤、超滤、微滤的比较：反渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动力使溶剂通过膜的分离过程，它们组成了分离溶液中的离子、分子到固体微粒的三级膜分离过程。一般来说，分离溶液中分子量低于500的低分子物质，应该采用反渗透膜；分离溶液中分子量大于500的大分子或极细的胶体粒子（0.05um-1nm）可以选择超滤，粒子（0.1nm-1nm）可以选择纳滤，而分离溶液中的直径0.1～10μm的粒子应该选微滤。以上关于反渗透膜、超滤膜和微孔膜之间的分界并不是十分严格、明确的，之间可能存在一定的相互重叠。第五十三页，共七十页，2022年，8月28日反渗透膜技术应用领域：反渗透膜最早应用于苦咸水淡化。随着膜技术的发展，反渗透技术已扩展到化工、电子及医药等领域。1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉用水，高纯水的制备。近年来，反渗透技术在家用饮水机及直饮水给水系统中的应用更体现了其优越性。2）在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖啡浸液等。与常用的冷冻干燥和蒸发脱水浓缩等工艺比较，反渗透法脱水浓缩成本较低，而且产品的疗效、风味和营养等均不受影响。3）印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回收利用废业中有用的物质等。第五十四页，共七十页，2022年，8月28日5、透析（渗析）透析现象：容器中，在半透膜两边分别放置一种溶液和水，溶液中大分子不能通过半透膜，而小分子可以穿过半透膜而相互渗透。水分自渗透压低侧向渗透压高侧移动，电解质及其他小分子物质从浓度高侧向浓度低册方向移动。透析与超滤的区别：1）透析的驱动力是浓度差，超滤是压力差；2）透析过程是膜的小分子自身的净流，超滤过程是小分子溶剂和溶质的混合流。进料接受液净化液扩散液第五十五页，共七十页，2022年，8月28日6、渗透蒸发（膜蒸馏）是指液体混合物在膜两侧组分的蒸气分压差的推动力下，透过膜并部分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。可用于传统分离手段较难处理的恒沸物及近沸点物系的分离。渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分离液体混合物。两者一致吗？第五十六页，共七十页，2022年，8月28日由高分子膜将装置分为两个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧是与真空系统相连接或用惰性气体吹扫的气相室。混合物通过高分子膜的选择渗透，其中某一组分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中该组分的蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表面汽化。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷凝下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜内渗透组分的浓度梯度。图4—6a渗透蒸发分离示意图(真空气化)第五十七页，共七十页，2022年，8月28日7、膜蒸馏膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的方法。其传质推动力是膜热侧和冷侧水溶液间的温度差引起的传质组分的气相分压差。原理：当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液不能透过膜孔进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽会透过膜进入冷侧而冷凝。膜蒸馏具有相变化。第五十八页，共七十页，2022年，8月28日8、气体分离膜气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔膜。它们的分离机理各不相同。（1）非多孔均质膜的溶解扩散机理该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分四步进行：气体与膜接触，分子溶解在膜中，溶解的分子由于浓度梯度进行活性扩散，分子在膜的另一侧逸出。（2）多孔膜的透过扩散机理用多孔膜分离混合气体，是借助于各种气体流过膜中细孔时产生的速度差来进行的。第五十九页，共七十页，2022年，8月28日9、液膜（1）液膜的概念和特点液膜是一层很薄的液体膜。它能把两个互溶的、但组成不同的溶液隔开，并通过这层液膜的选择性渗透作用实现物质的分离。根据形成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶剂型的。（2）液膜的组成

1）膜溶剂膜溶剂是形成液膜的基体物质。选择膜溶剂主要考虑膜的稳定性和对溶剂的溶解性。为了保持膜的稳定性，就要求膜溶剂具有一定的粘度。膜溶剂对溶质的溶解性则首先希望它对欲提取的溶质能优先溶解，对其他欲除去溶质的溶解度尽可能小。当然膜溶剂不能溶于欲被液膜分隔的溶液，并希望膜溶剂与被其分隔的溶液有一定的相对密度差（一般要求相差0.025g/cm3）。第六十页，共七十页，2022年，8月28日

2）表面活性剂表面活性剂是分子中含有亲水基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可以定向排列，显著改变液体表面张力或相互间界面张力。表面活性剂是制备液膜的最重要的组分，它直接影响膜的稳定性、渗透速度等性能。在实际使用中，表面活性剂的选择是一个较复杂的问题，需根据不同的应用对象进行实验选择。

3）流动载体流动载体的作用使指定的溶质或离子进行选择性迁移，对分离指定的溶质或离子的选择性和渗透通量起着决定性的影响，其作用相当于萃取剂。它的研究是液膜分离技术的关键。第六十一页，共七十页，2022年，8月28日（3）液膜的类型从形状来分类，可将液膜分为支撑型液膜和球形液膜两类，后者又可分为单滴型液膜和乳液型液膜两种。

1）支撑型液膜把微孔聚合物膜浸在有机溶剂中，有机溶剂即充满膜中的微孔而形成液膜。支撑型液膜示意图此类液膜目前主要用于物质的萃取。当支撑型液膜作为萃取剂将料液和反萃液分隔开时，被萃组分即从膜的料液侧传递到反萃液侧，然后被反萃液萃取，从而完成物质的分离。这种液膜的操作虽然较简便，但存在传质面积小，稳定性较差，支撑液体容易流失的缺点。第六十二页，共七十页，2022年，8月28日2）乳液型液膜首先把两种互不相溶的液体在高剪切下制成乳液，然后再将该乳液分散在第三相（连续相），即外相中。乳状液滴内被包裹的相为内相，内、外相之间的部分是液膜。一般情况下乳液颗粒直径为0.1～1mm，液膜本身厚度为1～10μm。根据成膜材料也分为水膜和油膜两种。

上述三种液膜中，乳液型液膜的传质比表面最大，膜的厚度最小，因此传质速度快，分离效果较好，具有较好的工业化前景。乳液型液膜示意图第六十三