1分離科學

分離科學是研究分離、富集和純化物質的一門學科。從本質上講,它是研究被分離組分在空間移動和再分佈的宏觀和微觀變化規律的一門學科。分離過程中伴隨著分離與混合(或定向移動與擴散)、濃集與稀釋及某些情況下分子構象的變化與其自然形態以及可逆或不可逆的過程。近年來,由於精細化工、生物技術和材料科學等新興學科的發展,加之計算機和現代分離手段的廣泛應用,促使分離科學的基礎理論日臻完善,技術水平不斷提高,使其逐漸發展成為一門相對獨立的學科。

2分離的目的

(1)分析前樣品處理:檢測靈敏度、儀器的需要
(2)結構鑒定:紅外、核磁、質譜
(3)獲取有用物質:天然產物提取分離
(4)除去有害物質:如除去廢水中的重金屬(選擇性吸附或沉澱分離法)

3分離技術特點

(1)分離對象種類繁多:合成、天然
(2)分離的目的各不相同:一般工業上為了獲得有用物質;實驗室是為了後續分析。
(3)分離規模差異很大:結構鑒定微克級、工業生產上噸計的大規模分離純化。
(4)分離技術形形色色:色譜技術為核心
(5)應用領域極為廣泛 化工、醫藥、食品、環境等,是推動其他學科發展的動力。

4分離科學的主要內容

(1)研究分離過程的共同規律,主要包括用熱力學原理討論分離體系的功、能量和熱的轉換關係,以及物質輸運的方向和限度;用動力學原理研究各種分離過程的速度與效率;研究分離體系的化學平衡、相平衡和分配平衡。(物理化學、化工原理)
(2)研究基於不同分離原理的分離方法、分離設備及其應用。

5分離的基本原則和要求

1)分離因子儘可能的高;(回收率高)
(2)消耗的分離材料、設備和能源費用儘可能少;
(3)分離操作簡單、速度快;
(4)分離純度儘可能的高。

6分離科學的重要性

(1)認識物質世界的必經之路:獲得純物質、鑒定結構、了解物理、化學性質
(2)各種分析技術的前提:去除干擾、提高檢測限(濃縮、富集)
(3)其他學科發展的基礎:天然產物提取與分離、環境科學、有機化學、食品科學等
(4)獲取有用物質的手段:純凈水、精鹽、天然色素

7分離過程的動力學本質

·分子遷移——費克第一擴散定律
·
·流體的遷移
·帶的遷移
·有流存在下的溶質運輸

8分離過程中分子間相互作用

l靜電相互作用(離子鍵或帶電荷的分子)
l范德華力(永久偶極作用、誘導偶極作用、色散力)
l氫鍵
l電荷轉移相互作用(形成配合物)
l疏水相互作用

9通常用於分離的物質性質

物理性質
力學性質、電磁性質、輸送性質、熱力學性質
密度、摩擦、表面張力、熔點、沸點、臨界點、溶解度、蒸汽壓、分配係數、吸附、電導率、擴散係數
化學性質
熱力學性質、反應速率
化學平衡常數、化學吸附平衡常數、解離常數、反應速率常數、電離電勢
生物學性質
生物親和力、生物吸附平衡、生物學反應速率常數

10按被分離物質的性質分類

1)物理分離法:利用物理性質,採用適當的物理手段進行分離,如離心、蒸餾;
(2)化學分離法:按被分離組分化學性質差異,通過適當的化學過程使其分離。如沉澱分離、溶劑萃取、色譜分離、選擇性溶解;
(3)物理化學分離法:按被分離組分的物理化學性質差異進行分離。如電泳、區帶熔融、膜分離。

11按分離過程的本質分類

(1)平衡分離過程
利用外加能量或分離劑使混合物體系形成兩相界面,通過兩相界面的平衡關係使均相混合物得以分離。如液-液萃取(達到平衡時的分配係數不同);結晶(固-液平衡);蒸餾(液-氣平衡)
(2)速度差分離過程
利用外加能量,強化特殊梯度場(重力梯度、壓力梯度、溫度梯度、濃度梯度、電位梯度等)。如高速或超速離心強化離心力場,使用過濾材料強化不同物質移動的速度差。電泳強化離子移動速度差等。一般用於非均相混合物的分離。
(3)反應分離過程
利用外加能量或化學試劑,使發生化學反應或化學反應被促進,達到分離目的方法。
例如:煙道氣脫硫工藝中,將SO3與石灰水作用生成石膏分離;污水中有機物被微生物分解為CO2和水而分離。

12分離方法的評價

(1)回收率
(2)分離因子
(3)富集倍數
(4)其它:成本、環境污染等
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