基于低能耗化工分離技術的發展現狀研究

馬鳳仙

（三門峽職業技術學院，河南三門峽 472000）

化工分離技術對化工行業長遠發展有著重要作用，該項技術主要應用在混合物質分離，相較于傳統化工分離技術，低能耗化工分離技術具有高效、低成本、少污染等特點，其物質被分離后，能夠最大程度上保留物質中大部分有效成分和固有特性，在其他行業領域中也得到廣泛應用。如何合理應用低能耗化工分離技術來提高化工行業技術水平，是目前需要考慮的問題。

1 膜分離技術發展現狀

將膜作為分離介質完成混合物分離，即為膜分離技術，是現階段一種新型低能耗化工分離技術。膜可分為多種形態，氣相、固相、液相或者上述三種形態組合，一般情況下固膜與液膜較多，如聚合物膜、乳化液膜等。在應用膜分離技術時，在不同推動力作用下，推動力主要包括壓力、電場等，根據不同膜特質來選擇相對應滲透性能實現混合物分離，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構成，因膜分離技術在實際操作過程中對操作條件要求不高，加上高效、低能耗等優點，被廣泛應用在高新科技和其他相關領域中。

超濾技術應用：利用對稱或非對稱固膜，并根據粒子或分子大小實現超濾和微濾膜過程，該技術主要應用于高新技術領域中，技術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展為非對稱超濾膜研制創造了有利條件[1]。超濾技術可應用于食品工業中乳制品生產，如乳品濃縮、果汁及酒水等精制產品，膜分離技術在食品工業應用性最為廣泛；汽車制造與生產過程中經常會出現各類廢水，如電泳涂料清洗用水、含油廢水、含乙烯醇廢水，超濾技術都可應用在上述廢水處理

反滲透技術應用：反滲透過程實現是根據離子在固膜中遷移速率和滲透壓，并在此基礎上對混合物進行分離，反滲透在膜分離技術中占據重要地位。各類纖維素膜、聚酰胺膜等都是膜分離技術中常用到的反滲透膜。同時反滲透技術也可用于海水淡化，能夠實現海水一次達到飲用水要求；利用反滲透技術制造無菌純水在醫藥等相關行業較為常見。

膜分離技術應用中潛在問題：雖然膜分離技術是現階段應用較為廣泛且效果十分明顯的化工分離手段，該技術在應用過程中仍存在許多問題，如在實際操作時，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，最終出現濃差極化現象。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清洗劑對膜面進行清洗，提升透水率。膜分離技術運行原理較為簡單，廣泛應用于化工領域中，但由于化工產品種類多樣性，其產品性質也存在較大差異，在應用膜分離技術時也會產生不同影響和問題，如膜孔堵塞等，因此，仍需要進一步完善與優化膜分離技術，加強提升膜性能方面研究，增強膜分離技術應用實效性。

2 蒸餾技術發展現狀

技術原理：根據混合物中物質揮發度不同實現分離，即為蒸餾技術。清潔、低耗能以及低成本是現階段蒸餾技術主要發展和研究發現，其中分子蒸餾技術、膜蒸餾技術雖然是新型蒸餾技術，但其發展較快，應用性較強。

分子蒸餾技術應用：在不同溫度條件前提下，根據不同物質分子運動自由程度差異，在蒸餾過程物質低于自身沸點時實現分離，此過程為分子蒸餾技術[2]。真空是分子蒸餾技術應用的必要條件，該技術在分離物質時通常伴有較低的壓強，其受熱時間較短，能將所需物質從混合物中分離出來，同時也能讓物質保持原有特征。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提取經常應用分子蒸餾技術。

膜蒸餾技術應用：膜分離技術與蒸餾技術二者相互融合基礎上形成膜蒸餾技術，利用蒸汽壓差實現物質分離，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，通過模孔為蒸汽傳質。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類別，主要是根據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、酒精發酵、污水處理等可揮發性物質分離都會應用到膜蒸餾技術。在我國低碳環保、綠色發展戰略大力號召下，充分利用先進科學技術，全面推動膜蒸餾技術向低能耗、高效率研究方向發展。

3 萃取技術發展現狀

根據物質在兩相中溶解度差異來實現物質分離，即為萃取技術，隨著經濟與科學技術不斷發展，如超臨界萃取技術、微波萃取等一系列技術越來越成熟，被廣泛應用于各行業領域中。

超臨界萃取技術原理：該技術原理是在超臨界狀態前提下，將待萃取物質和超臨界流體充分接觸后，并根據超臨界流體高滲透性、高擴散性以及高溶解力等特質，把萃取物中目標成分進行提取，采用減壓或升溫的方式將超臨界流體轉變為普通氣體，最終完全或基本排出被萃取物質，實現物質分離提純[3]。

超臨界萃取技術應用：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生一定影響，通常情況下，在實際操作過程中，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行萃取；升高溫度能夠提升溶質溶解度，加快溶質擴散；針對動態萃取，調整超臨界流體流量，將其流量增大能夠提升萃取率；針對靜態萃取，延長萃取時間能夠促使萃取率提升。相較于傳統萃取技術，超臨界萃取技術具有高效、低能耗、污染少等優點，加上超臨界流體無毒、不易燃等特性，該項技術得到廣泛應用；常溫條件下對萃取物提取分離是超臨界萃取技術最大優勢，對熱敏性物質和易氧化物質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品中有效成分，在化工、香料食品加工以及醫藥等行業領域較為常見。

微波萃取技術原理：被分離物質與微波直接發生激活作用，根據物質基體中不同反應差異性來達到基體與被萃取物迅速分離的目的，最后進入溶劑中。該項技術實際操作過程中，溶劑需要根據基體性質來選擇，其中萃取溶劑、時間以及溫度都會影響微波萃取效率和質量。

技術特點及應用：具體表現在以下幾點：

（1）高效性。微波萃取技術相關設備操作簡單、應用范圍廣、萃取率高以及低能耗等優點，加上污染性小等特征，充分體現了微波萃取技術高效性，在中藥、天然香料等方面應用有著較好成效。

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

（3）快速性。在微波透明且帶有熱的不良導體性能容器中放置被加熱樣品，可以達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。

膜萃取技術原理及特點：通過借助萃取膜將萃取液中的相實現分離，是現下低能耗化工分離中較為新穎的技術，該項技術具有操作便捷、高效以及應用范圍廣泛等特點。膜萃取技術在實際應用過程中，膜材料浸潤性能、操作壓差等都會影響膜萃取技術分離物質效果，但上述相關影響因素并不妨礙膜萃取技術應用適用范圍，常應用于金屬離子萃取、有機物萃取方面。

4 新型吸附技術發展現狀

新型吸附技術包括變壓吸附、層析等新型分離方法，現階段正處于深入研究和開發階段，該項技術逐漸成熟后在化工行業中必然發揮重要作用。

4.1 變壓吸附技術

利用固體吸附劑對氣體具有一定吸附選擇特征，在此基礎上對被物質進行加壓吸附、減壓脫附等，以實現分離物質。變壓吸附技術通常在常溫條件下操作，由于循環周期短，促使變壓吸附技術應用范圍迅速擴展，在空氣干燥、氫純化等方面有著較好應用成效，在醫藥、環保、有色金屬冶煉行業領域中也時常用到。

4.2 層析技術

應用層析技術分離物質時，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，在此基礎上實現分離不同物質[4]。以兩相相互作用不同原理可將層析技術分為吸附層析、親和層析、凝膠過濾層析等。在物質分離方面，層析是一項分離能力較強的化工分離技術，在對分離純化要求高的物質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，對物質表面進行物理吸附，實現分離物質。在水溶液、混合有機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化合物，并達到凈化效果。吸附樹脂具有高效、低能耗、操作便捷以及低成本等優點，在醫藥、天然植物提取等方面有著較好的應用成效。

5 耦合分離技術發展現狀

耦合分離技術是指將不同化工分離技術結合在一起或搭配使用，不同分離技術各具應用優勢，在實際操作中，很多時候依靠單類型分離技術不一定能夠達到產品純度要求，即使達到符合產品純度標準，也必然會增加物質提取成本。基于此，將多種分離技術結合在一起，充分發揮各類分離技術應用優勢和特點，在此基礎上形成耦合分離技術，提升混合物物質分離與提純效果。通過對現階段耦合技術發展現狀調研與分析，超臨界流體技術與膜萃取技術及膜分離技術三者耦合是目前常見和應用的耦合分離技術，例如，利用膜萃取技術將麻黃堿從麻黃水中提取出來，其中膜分離技術和超臨界流體技術耦合能夠在實際操作過程發揮優勢互補作用，并借助二者自身優勢，達到物質分離和濃縮的效果。

經濟及科學技術發展推動著化工分離技術逐漸走向成熟和優化，仍需加大研發力度，真正實現化工分離過程低能耗、低成本運行，并減少環境污染，為促進化學工業及其他相關行業技術水平提高打好基礎。

6 結束語

經濟與科學技術快速發展，促使各類型化工分離技術愈加成熟化，針對一些難以分離物質，各種新型分離技術出現與應用也被一一解決。低能耗、高效率、低成本是現階段化工分離技術主要發展方向，有利于擴展化工分離技術應用范疇，從而為國民經濟發展貢獻一分力量。