分离科学与技术

第1章绪论

1.1分离科学研究的对象和任务

1.2分离过程的基础理论/001

1.3分离过程的分子学基础/002

1.4分离方法的科学分类/002

1.5分离方法的选用原则/004

参考文献/004

第2章溶剂萃取分离/005

2.1原理概述/005

2.2萃取剂的选择与分类/009

2.3溶剂萃取分离代表性应用/012

2.4新型溶剂萃取技术的发展/024

参考文献/042

第3章结晶与沉淀

3.1结晶

3.2沉淀

参考文献

第4章吸附

4.1概述

4.2吸附的发展历程

4.3吸附类型/107

4.4常用吸附剂的种类

4.5吸附相平衡

4.6吸附过程动力学/1174.7影响吸附的因素

4.8吸附的操作方式/120

4.9吸附在工业中的应用案例/129参考文献/130

第5章色谱分离

5.1概述/135

5.2分离机理/137

5.3色谱分离技术及其应用/1445.4色谱分离前沿及其应用前景/152参考文献/163

第6章膜分离

6.1概述/165

6.2压力驱动分离技术(微滤、超滤和纳滤)/1716.3反渗透/196

6.4渗透汽化及蒸气渗透/202

6.5膜蒸馏/215

6.6气体分离膜过程及应用案例/2166.7透析与正渗透/218

6.8功能膜及应用案例

参考文献/224

第7章蒸馏与精馏分离

7.1概述/227

7.2基本原理与发展历程

7.3先进精馏技术

7.4精馏过程耦合/243

7.5外场强化精馏过程/255

7.6精馏过程耦合与强化技术典型工业应用案例/265参考文献/285

第8章电化学分离

8.1概述

8.2电解分离法

8.3电泳分离法/299

8.4电沉积分离法/306

8.5电渗析分离法/311

8.6溶出伏安分离法/320

8.7化学修饰电极分离法

8.8控制电位库仑分离法

8.9新型电化学分离法

8.10电化学耦合分离法/334参考文献/343

第9章分子印迹识别分离/348

9.1概述/348

9.2分子印迹识别机理/349

9.3分子印迹材料的种类及制备方法/352

9.4模板分子和功能单体之间相互作用的量子化学计算及谱学表征/3569.5分子印迹材料结构及形貌表征/361

9.6分子印迹识别技术在分离领域的应用/372

9.7小结/378

参考文献

第1章绪论

1.1分离科学研究的对象和任务

分离科学是研究物质分离、富集和提取的一门学科。从本质上讲，它是研究被分离组分在空间移动和再分布的过程中的宏观和微观变化规律的一门学科。分离过程是指将某一体系混合物通过物理、化学等手段分离成两个或两个以上组成彼此不同产物的过程。分离过程中伴随着分离与混合(或定向移动与扩散)、浓集与稀释及某些情况下分子构象的变化与其自然存在形态，以及可逆或不可逆的过程。分离技术不仅和我们的日常生活密切相关,而且是石油化工、有机合成、医药卫生、环境保护、食品安全、生命科学研究乃至空间探索等领域中的重要工具。分离技术对化工行业的长远发展有着重要影响，该项技术主要应用于混合物质的分离，相较于传统化工分离技术,开发新型高效、低成本、低污染的分离技术,最大限度保留物质的有效成分和固有特性，是我们研究的重点。如何合理应用低能耗化工分离技术来提高分离技术水平,是目前需要重点考虑的问题。

1.2分离过程的基础理论

分离过程必然伴随着一种或几种组分的定向移动，以达到分离和浓集的目的,所以分离过程是一个组分在空间的再分配过程。这就存在两个问题:一是哪些组分能够在空间被浓集，哪些组分不能够被浓集;二是组分能够在空间被浓集到什么程度。分离过程中的热力学研究就是为了判断这一过程的方向,确定它的限度以及如何运用热力学知识促使某个或某些组分向人们期望的方向移动，以解决最大限度地分离和浓集等有关理论及计算问题。在分离过程中,分离热力学的一些基本概念会涉及相间分配平衡，在不同驱动力作用下的相平衡、分配平衡、气一液平衡热力学及溶液模型等方面的理论，以及如何将热力学第一和第二定律应用到密闭或开放的体系中，如何运用化学势概念来解决问题等，化学势是分离过程中各个组分分离的驱动力,尽管绝大多数的分离是在外加场存在下守现的,但这此外加场都可以换算成化学势并使其成为总化学势的一部分。平衡是描述分离过程应用最多的概念,其中相平衡原理被用来描述单组分、双组分、三组分相图以及切何将这此相图应用于简单组分的分离。分配平衡主要涉及气-固平衡、液-固平衡和气-淋平衡3种，常用吸附等温线对其过程进行描述和表征。这3种平衡不涉及化学反应,因此被称为第一类化学平衡。而涉及利用化学反应进行分离的被称为第二类化学平衡,这类平衡在分离过程中亦经常遇到。

1.3分离过程的分子学基础

在利用热力学方法及有关参数米确定分离的最佳条件时，会遇到分离系统中的一此参数，如温度、压力、组成等不确定的情况。这样，就有必要对确定分配系数大小的基础一一分子间相互作用力进行深人的了解，以便确定最佳分离条件。在许多情况下,分子间的相互作用力又与分子结构、环境条件等因素有关,因此需要从分子结构的观点阐明溶质在两相间的分配规律,并根据分子间的相互作用力得出溶解度参数及扩散的溶解度参数的概念、计算方法。平衡分离的分子学基础着重从分子间相互作用力的分类、性质、计算入手,对这些作用力与分子结构间的关系以及分子结构与分离性质之间的关系进行讨论。

1.4分离方法的科学分类

1.4.1场-流分类法

分离的实质是溶质在空间的迁移和再分布。Giddings提出，根据化学势和流两个因索对分离进行分类是最科学的分类方法。关于分离方法曾有过多种分类，研究者通过比较各类分离方法的相似点及不同点，探索出各种分离方法之间的内在联系并发现分离科学中普遍存在的规律，从而将多年来分散在各个学科和技术领域中的，表面上看来似乎毫无关联的各类分离方法，通过化学势和流两个因素联系起来进行讨论和比较,为创立更系统的分离方法和分离科学奠定了基础。为了了解各种分离方法的内在联系和描述这种内在联系的数学表达式，研究者需深刻理解在外加场存在下的无流(静态)分离法(电泳和沉降)、稳态流中的二相分离法(萃取和有关方法)、流的辅助分离作用即平行流分离法(淘析、超滤、区带熔融和有关方法)，以及垂直流分离法(场级分流、色谐和有关方法)。

本书较为全面地介绍了各种分离技术，包括萃取分离、色谱分离、沉淀分离等，其中萃取分离又包括溶剂萃取、双水相萃取、胶团萃取等。色谱分离又包括柱色谱、薄层色谱、纸色谱、离子交换色谱、凝胶色谱、亲和色谱和高速逆流色谱。本书在经典的分离方法之上，增加了一些较为前沿的内容，如在固相萃取中介绍磁性固相萃取法，在微波萃取中介绍微波萃取与其他相关分析技术的在线联用等。