基于低能耗化工分離技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀研究

馬鳳仙

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南三門峽 472000）

化工分離技術(shù)對化工行業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展有著重要作用，該項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在混合物質(zhì)分離，相較于傳統(tǒng)化工分離技術(shù)，低能耗化工分離技術(shù)具有高效、低成本、少污染等特點(diǎn)，其物質(zhì)被分離后，能夠最大程度上保留物質(zhì)中大部分有效成分和固有特性，在其他行業(yè)領(lǐng)域中也得到廣泛應(yīng)用。如何合理應(yīng)用低能耗化工分離技術(shù)來提高化工行業(yè)技術(shù)水平，是目前需要考慮的問題。

1 膜分離技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

將膜作為分離介質(zhì)完成混合物分離，即為膜分離技術(shù)，是現(xiàn)階段一種新型低能耗化工分離技術(shù)。膜可分為多種形態(tài)，氣相、固相、液相或者上述三種形態(tài)組合，一般情況下固膜與液膜較多，如聚合物膜、乳化液膜等。在應(yīng)用膜分離技術(shù)時，在不同推動力作用下，推動力主要包括壓力、電場等，根據(jù)不同膜特質(zhì)來選擇相對應(yīng)滲透性能實(shí)現(xiàn)混合物分離，此過程稱為膜分離過程。微濾、超濾、氣體滲透以及電滲析等都屬于膜分離技術(shù)構(gòu)成，因膜分離技術(shù)在實(shí)際操作過程中對操作條件要求不高，加上高效、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在高新科技和其他相關(guān)領(lǐng)域中。

超濾技術(shù)應(yīng)用：利用對稱或非對稱固膜，并根據(jù)粒子或分子大小實(shí)現(xiàn)超濾和微濾膜過程，該技術(shù)主要應(yīng)用于高新技術(shù)領(lǐng)域中，技術(shù)中常用到的非對稱超濾膜類型包括纖維類、聚偏氟乙烯類等，新型材料得到快速發(fā)展為非對稱超濾膜研制創(chuàng)造了有利條件[1]。超濾技術(shù)可應(yīng)用于食品工業(yè)中乳制品生產(chǎn)，如乳品濃縮、果汁及酒水等精制產(chǎn)品，膜分離技術(shù)在食品工業(yè)應(yīng)用性最為廣泛；汽車制造與生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)各類廢水，如電泳涂料清洗用水、含油廢水、含乙烯醇廢水，超濾技術(shù)都可應(yīng)用在上述廢水處理

反滲透技術(shù)應(yīng)用：反滲透過程實(shí)現(xiàn)是根據(jù)離子在固膜中遷移速率和滲透壓，并在此基礎(chǔ)上對混合物進(jìn)行分離，反滲透在膜分離技術(shù)中占據(jù)重要地位。各類纖維素膜、聚酰胺膜等都是膜分離技術(shù)中常用到的反滲透膜。同時反滲透技術(shù)也可用于海水淡化，能夠?qū)崿F(xiàn)海水一次達(dá)到飲用水要求；利用反滲透技術(shù)制造無菌純水在醫(yī)藥等相關(guān)行業(yè)較為常見。

膜分離技術(shù)應(yīng)用中潛在問題：雖然膜分離技術(shù)是現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛且效果十分明顯的化工分離手段，該技術(shù)在應(yīng)用過程中仍存在許多問題，如在實(shí)際操作時，膜面極易受到污染，被污染后的膜表面會形成一層附著層，在一定程度上會降低膜的性能，其透水率也會大幅下降，最終出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象。針對此方面問題，讓過濾液主體在膜面水平流過，過濾液則是在膜面垂直通過，因膜面在操作過程中極易受到污染，采用高流速水清洗或化學(xué)清洗劑對膜面進(jìn)行清洗，提升透水率。膜分離技術(shù)運(yùn)行原理較為簡單，廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域中，但由于化工產(chǎn)品種類多樣性，其產(chǎn)品性質(zhì)也存在較大差異，在應(yīng)用膜分離技術(shù)時也會產(chǎn)生不同影響和問題，如膜孔堵塞等，因此，仍需要進(jìn)一步完善與優(yōu)化膜分離技術(shù)，加強(qiáng)提升膜性能方面研究，增強(qiáng)膜分離技術(shù)應(yīng)用實(shí)效性。

2 蒸餾技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

技術(shù)原理：根據(jù)混合物中物質(zhì)揮發(fā)度不同實(shí)現(xiàn)分離，即為蒸餾技術(shù)。清潔、低耗能以及低成本是現(xiàn)階段蒸餾技術(shù)主要發(fā)展和研究發(fā)現(xiàn)，其中分子蒸餾技術(shù)、膜蒸餾技術(shù)雖然是新型蒸餾技術(shù)，但其發(fā)展較快，應(yīng)用性較強(qiáng)。

分子蒸餾技術(shù)應(yīng)用：在不同溫度條件前提下，根據(jù)不同物質(zhì)分子運(yùn)動自由程度差異，在蒸餾過程物質(zhì)低于自身沸點(diǎn)時實(shí)現(xiàn)分離，此過程為分子蒸餾技術(shù)[2]。真空是分子蒸餾技術(shù)應(yīng)用的必要條件，該技術(shù)在分離物質(zhì)時通常伴有較低的壓強(qiáng)，其受熱時間較短，能將所需物質(zhì)從混合物中分離出來，同時也能讓物質(zhì)保持原有特征。天然維生素、芳香油、功能性脂肪酸、天然抗氧化劑以及天然色素等高純度物質(zhì)提取經(jīng)常應(yīng)用分子蒸餾技術(shù)。

膜蒸餾技術(shù)應(yīng)用：膜分離技術(shù)與蒸餾技術(shù)二者相互融合基礎(chǔ)上形成膜蒸餾技術(shù)，利用蒸汽壓差實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離，微孔膜是膜蒸餾過程中常用到的膜類型，并不會對液體造成浸潤，通過?？诪檎羝麄髻|(zhì)。氣隙式膜蒸餾、真空膜蒸餾以及氣掃式膜蒸餾等都屬于膜蒸餾技術(shù)類別，主要是根據(jù)蒸汽通過疏水膜后冷凝回收方式不同來劃分。海水脫鹽制造純水、濃縮果子、酒精發(fā)酵、污水處理等可揮發(fā)性物質(zhì)分離都會應(yīng)用到膜蒸餾技術(shù)。在我國低碳環(huán)保、綠色發(fā)展戰(zhàn)略大力號召下，充分利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，全面推動膜蒸餾技術(shù)向低能耗、高效率研究方向發(fā)展。

3 萃取技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)物質(zhì)在兩相中溶解度差異來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離，即為萃取技術(shù)，隨著經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，如超臨界萃取技術(shù)、微波萃取等一系列技術(shù)越來越成熟，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)領(lǐng)域中。

超臨界萃取技術(shù)原理：該技術(shù)原理是在超臨界狀態(tài)前提下，將待萃取物質(zhì)和超臨界流體充分接觸后，并根據(jù)超臨界流體高滲透性、高擴(kuò)散性以及高溶解力等特質(zhì)，把萃取物中目標(biāo)成分進(jìn)行提取，采用減壓或升溫的方式將超臨界流體轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀怏w，最終完全或基本排出被萃取物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離提純[3]。

超臨界萃取技術(shù)應(yīng)用：萃取物自身特性、超臨界流體溫度、壓力以及改性劑種類與含量等都會對萃取效率產(chǎn)生一定影響，通常情況下，在實(shí)際操作過程中，增加壓力能夠提升超臨界流體濃度，使其更好地對萃取物進(jìn)行萃?。簧邷囟饶軌蛱嵘苜|(zhì)溶解度，加快溶質(zhì)擴(kuò)散；針對動態(tài)萃取，調(diào)整超臨界流體流量，將其流量增大能夠提升萃取率；針對靜態(tài)萃取，延長萃取時間能夠促使萃取率提升。相較于傳統(tǒng)萃取技術(shù)，超臨界萃取技術(shù)具有高效、低能耗、污染少等優(yōu)點(diǎn)，加上超臨界流體無毒、不易燃等特性，該項(xiàng)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用；常溫條件下對萃取物提取分離是超臨界萃取技術(shù)最大優(yōu)勢，對熱敏性物質(zhì)和易氧化物質(zhì)萃取有著十分明顯的效果，在萃取完成后，能夠最大程度上保留產(chǎn)品中有效成分，在化工、香料食品加工以及醫(yī)藥等行業(yè)領(lǐng)域較為常見。

微波萃取技術(shù)原理：被分離物質(zhì)與微波直接發(fā)生激活作用，根據(jù)物質(zhì)基體中不同反應(yīng)差異性來達(dá)到基體與被萃取物迅速分離的目的，最后進(jìn)入溶劑中。該項(xiàng)技術(shù)實(shí)際操作過程中，溶劑需要根據(jù)基體性質(zhì)來選擇，其中萃取溶劑、時間以及溫度都會影響微波萃取效率和質(zhì)量。

技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用：具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）高效性。微波萃取技術(shù)相關(guān)設(shè)備操作簡單、應(yīng)用范圍廣、萃取率高以及低能耗等優(yōu)點(diǎn)，加上污染性小等特征，充分體現(xiàn)了微波萃取技術(shù)高效性，在中藥、天然香料等方面應(yīng)用有著較好成效。

（2）選擇性。在實(shí)際操作中，通常分子極性大普遍能夠獲得較多微波能，由于分子運(yùn)動速度快，在此基礎(chǔ)上可對物質(zhì)中極性成分選擇性提取。

（3）快速性。在微波透明且?guī)в袩岬牟涣紝?dǎo)體性能容器中放置被加熱樣品，可以達(dá)到不需要加熱容器就能直接加熱樣品的效果，在加熱過程中，因微波場均勻性，所以樣品也是均勻加熱。

膜萃取技術(shù)原理及特點(diǎn)：通過借助萃取膜將萃取液中的相實(shí)現(xiàn)分離，是現(xiàn)下低能耗化工分離中較為新穎的技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)具有操作便捷、高效以及應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)。膜萃取技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，膜材料浸潤性能、操作壓差等都會影響膜萃取技術(shù)分離物質(zhì)效果，但上述相關(guān)影響因素并不妨礙膜萃取技術(shù)應(yīng)用適用范圍，常應(yīng)用于金屬離子萃取、有機(jī)物萃取方面。

4 新型吸附技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

新型吸附技術(shù)包括變壓吸附、層析等新型分離方法，現(xiàn)階段正處于深入研究和開發(fā)階段，該項(xiàng)技術(shù)逐漸成熟后在化工行業(yè)中必然發(fā)揮重要作用。

4.1 變壓吸附技術(shù)

利用固體吸附劑對氣體具有一定吸附選擇特征，在此基礎(chǔ)上對被物質(zhì)進(jìn)行加壓吸附、減壓脫附等，以實(shí)現(xiàn)分離物質(zhì)。變壓吸附技術(shù)通常在常溫條件下操作，由于循環(huán)周期短，促使變壓吸附技術(shù)應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)展，在空氣干燥、氫純化等方面有著較好應(yīng)用成效，在醫(yī)藥、環(huán)保、有色金屬冶煉行業(yè)領(lǐng)域中也時常用到。

4.2 層析技術(shù)

應(yīng)用層析技術(shù)分離物質(zhì)時，因親固定相分子移動速度相對較慢，促使親流動相分析能夠快速從體系中流出，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)分離不同物質(zhì)[4]。以兩相相互作用不同原理可將層析技術(shù)分為吸附層析、親和層析、凝膠過濾層析等。在物質(zhì)分離方面，層析是一項(xiàng)分離能力較強(qiáng)的化工分離技術(shù)，在對分離純化要求高的物質(zhì)有著十分明顯的成效，如從天然動植物資源中提取有效成分以及重稀土金屬分離等。

4.3 吸附樹脂

在吸附樹脂與被吸附分子二者之間引力作用下，對物質(zhì)表面進(jìn)行物理吸附，實(shí)現(xiàn)分離物質(zhì)。在水溶液、混合有機(jī)溶液或混合氣體中放入吸附樹脂，可以選擇性吸附各種有機(jī)化合物，并達(dá)到凈化效果。吸附樹脂具有高效、低能耗、操作便捷以及低成本等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)藥、天然植物提取等方面有著較好的應(yīng)用成效。

5 耦合分離技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

耦合分離技術(shù)是指將不同化工分離技術(shù)結(jié)合在一起或搭配使用，不同分離技術(shù)各具應(yīng)用優(yōu)勢，在實(shí)際操作中，很多時候依靠單類型分離技術(shù)不一定能夠達(dá)到產(chǎn)品純度要求，即使達(dá)到符合產(chǎn)品純度標(biāo)準(zhǔn)，也必然會增加物質(zhì)提取成本?；诖?，將多種分離技術(shù)結(jié)合在一起，充分發(fā)揮各類分離技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢和特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上形成耦合分離技術(shù)，提升混合物物質(zhì)分離與提純效果。通過對現(xiàn)階段耦合技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研與分析，超臨界流體技術(shù)與膜萃取技術(shù)及膜分離技術(shù)三者耦合是目前常見和應(yīng)用的耦合分離技術(shù)，例如，利用膜萃取技術(shù)將麻黃堿從麻黃水中提取出來，其中膜分離技術(shù)和超臨界流體技術(shù)耦合能夠在實(shí)際操作過程發(fā)揮優(yōu)勢互補(bǔ)作用，并借助二者自身優(yōu)勢，達(dá)到物質(zhì)分離和濃縮的效果。

經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)發(fā)展推動著化工分離技術(shù)逐漸走向成熟和優(yōu)化，仍需加大研發(fā)力度，真正實(shí)現(xiàn)化工分離過程低能耗、低成本運(yùn)行，并減少環(huán)境污染，為促進(jìn)化學(xué)工業(yè)及其他相關(guān)行業(yè)技術(shù)水平提高打好基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，促使各類型化工分離技術(shù)愈加成熟化，針對一些難以分離物質(zhì)，各種新型分離技術(shù)出現(xiàn)與應(yīng)用也被一一解決。低能耗、高效率、低成本是現(xiàn)階段化工分離技術(shù)主要發(fā)展方向，有利于擴(kuò)展化工分離技術(shù)應(yīng)用范疇，從而為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)一分力量。