现代分离技术复习思考题及答案

第一章膜分离1.什么是分离技术和分离工程？分离技术是指利用物理、化学或物理化学等基本原理和方法，将某种混合物分成两种或两种以上成分不同的产品。在工业规模上，通过使用适当的技术和设备并消耗一定量的能量或分离剂来分离混合物的过程被称为分离工程。2.分离过程是如何分类的？机械分离、传质分离(平衡分离、速率控制分离)、反应分离第二章膜分离1.根据膜的不同分离机理和驱动力，可以将膜分为哪些类型？根据分离膜的不同分离原理和驱动力，可分为微孔膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜和渗透膜。膜分离、电渗析、渗透蒸发等。2.如何根据电影的不同形式对其进行分类？根据膜的形态，可分为平膜、管状膜、中空纤维膜和卷曲膜。3.如何根据不同的膜结构进行分类？根据膜的结构，分为对称膜、不对称膜和复合膜。4.如何根据薄膜的孔径对其进行分类？多孔膜和致密膜根据膜的孔径大小来划分。5.目前实用的高分子膜材料有哪些？目前，实用的有机高分子膜材料包括纤维素酯、聚砜、聚酰胺等材料。6.微孔滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜的驱动力是什么？压差。7.醋酸纤维素膜的优点和缺点是什么？醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。醋酸纤维素性质稳定，但在高温下酸和碱的存在下容易水解。纤维素醋材料容易被微生物侵蚀，具有窄的酸碱度适应范围，并且不耐高温和某些有机或无机溶剂。8.醋酸纤维素膜的结构是什么？表皮层，孔径(8-10) 10-10m。过渡层，孔径20010-10m。孔径(1000-4000)为10-10m的多孔层9.固体薄膜的保存应注意哪些问题？分离膜的保存对其性能至关重要。主要是防止微生物对膜的破坏、水解和冻结以及膜的收缩和变形。微生物的破坏主要发生在醋酸纤维素膜中。任何膜都可能发生水解和冷冻损伤。不适当的温度、酸碱度和水中游离氧的存在都会导致膜水解。冷冻会使膜膨胀并破坏其结构。膜的收缩主要发生在湿储存过程中的失水。收缩变形使膜的孔径大大减小，孔径分布不均匀。在严重的情况下，膜会破裂。当膜与高浓度溶液接触时，由于膜中的水快速扩散到溶液中而导致的水损失也会导致膜的变形和收缩。10.工业中使用哪种膜组件？工业上使用的膜组件主要有四种类型：中空纤维型、管状型、螺旋缠绕型和板框型。11.以上哪个膜组件的堆积密度最高？进料液体的最快流速是多少？中空纤维型、管状。12.什么是集中极化？如何消除集中极化？在膜分离操作中，所有溶质通过渗透物被输送到膜表面。不能透过膜的溶质被膜截留，浓度在膜表面附近增加。膜表面附近的浓度高于整体浓度的现象称为浓差极化或浓差极化。这是一个可逆的过程。只有在膜操作过程中，停止操作，浓差极化逐渐消失。这与操作条件有关。它可以降低浓差极化程度，并通过降低膜两侧的压差来增加膜的渗透通量部分-来自前一组膜组件的浓缩水流由下一组膜组件处理，通过几组膜组件的水流称为几个部分。液位指水(料液)经高压泵加压后通过膜装置的过程。17.反渗透用的膜材料是什么？制备反渗透膜的材料主要包括醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜和聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。18.根据可交换离子的性质，离子交换膜是如何分类的？离子交换膜根据其离子交换性质可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极离子交换膜。三种膜的可交换离子分别为阳离子、阴离子和阴离子。19.电渗析的核心成分是什么？电渗析的核心是离子交换膜。20.氯化钠的离子膜电解和双极膜电解的产品是一样的吗？不同。21.针对渗透水的渗透蒸发，有哪些更好的膜材料？聚乙烯醇和醋酸纤维素22.针对醇的渗透蒸发，什么是更好的渗透蒸发膜材料？疏水性聚二甲基硅氧烷(PDMS)23.用来分离氢气的气体膜材料是什么？主要材料有醋酸纤维素、聚砜、聚酰亚胺等。24.分离和富集氧气的膜材料是什么？聚二甲基硅氧烷(PDMS)及其改性产品和含三甲基硅烷基团的聚合物材料。25.液膜分离的优点和缺点是什么？优点：传质推动力大，速度快，试剂消耗少，选择性好，分离效果显著。缺点：强度低，破损率高，难以稳定运行，工艺设备复杂。26.液膜的成分是什么？膜溶剂：形成膜基质的有机溶剂或水表面活性剂：控制液膜的稳定性添加剂/流动载体：提高膜选择性和实现分离与传质的关键因素27.绘制以下流程的流程图示意图离子膜电解氯化钠；氯化钠双极膜电解用电渗析法从海水中制备饮用水；用反渗透法从自来水中制备纯净水28.以液膜分离法处理含酚废水为例，说明液膜分离法的步骤。包括液膜制备、液膜渗透、澄清分离和破乳四个部分第三章提取分离新技术1.溶剂萃取的优点和缺点是什么？溶剂萃取的优势：(1)连续运行，速度快，生产周期短；(2)对热敏物质的损害较小；(3)采用多级萃取时，溶质浓度倍数大，净化程度高。缺点：由于大量使用有机溶剂，对设备和安全要求高，需要各种防火防爆措施。2.什么是分配规律、分配比、萃取因子、分离因子和浓缩倍数？分配定律：当一种溶质在一定的温度和压力下分布在两种互不混溶的溶剂中时，达到平衡后，两相的活度比是一个常数。分配比率：提取因子e为：分离因子：在相同条件下，同一萃取系统中两种溶质的分配系数之比。浓度倍数：3.如何计算单级萃取系数E？如何计算提取率？其中VF是进料液体的体积；Vs萃取剂体积；C1提取物中的总溶质浓度；萃余相中C2溶质的总浓度；D分配比；m的浓度倍数4.如何计算多级错流萃取的萃取率？5.如何计算多级逆流萃取的萃取率？6.表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB)是多少？每种表面活性剂都有亲水和疏水基团，这两个基团的强度之间的相对关系称为HLB值。完全不亲水(HLB=0)，完全亲水(HLB=20)水包油型乳化剂具有HLB v(1)由于盐析剂和水分子的结合，被提取物质在水中的溶解度降低，容易转移到有机相中；(2)盐析剂减少了有机溶剂在水中的溶解(3)盐析剂增加了萃余液的重量，有利于相分离。9.什么是双水相萃取？双水相萃取技术，也称为水溶液两相分配技术，使用不同的聚合物溶液相互混合，产生两相或多相体系。静置平衡后，它被分成两个互不混溶的水相。这种萃取方法被称为双水相萃取，它利用两个互不混溶的水相之间物质分配系数的差异。10.影响双水相萃取的因素有哪些？成相聚合物的分子量、成相聚合物的浓度、分布物质的分子量、盐的影响、温度等因素。11.常用的双水相体系有哪些优点和缺点？聚乙二醇-德克斯体系具有盐浓度低、相分离容易、不易失活等优点。缺点：高粘度和高价格聚乙二醇-盐体系具有低粘度、低价格的优点。缺点：盐浓度高，界面吸附高，容易失活。12.什么是反胶束？反胶束，也称为反胶束，是分散在连续有机相中的表面活性剂的自形成纳米尺度聚集体。13.在反胶束萃取中，目前工业上最常用的反胶束体系是什么？AOT(阴离子)，其化学名称是琥珀酸乙基己酯钠-磺酸钠。14.反胶束选择性蛋白质分离涉及哪些过程？提取过程和反提取过程是两个过程。15.反胶束萃取的影响因素有哪些？表面活性剂的种类、水相的酸碱度、温度、离子强度、亲和反胶束萃取16.什么是超临界流体萃取(SFE)？超临界流体萃取技术(SFE)，又称压力流体萃取、超临界气体萃取、临界溶剂萃取等。是一种使用临界压力和临界温度以上的溶剂流体来增加用于分离和纯化的物质的溶解度的技术。17.SFE血统的优点是什么？优势：(1)萃取剂在常温常压下为气体，易于分离。在较低温度和不太高压力下操作。(3)超临界流体的溶解度可以通过调节温度、压力和夹带剂在很大范围内变化。但是也可以使用压力梯度和温度梯度。(4)不使用有毒溶剂，无污染。提取速度快。缺点：选择性不够高。18.什么是超临界流体，它的特征是什么？超临界流体是指超过临界温度和临界压力的流体。特点：(1)在临界点附近，在临界温度稍高的区域，压力的微小变化将导致密度的巨大变化，流体的密度将随着压力的增加而迅速增加并接近液体的密度；(2)在临界温度和临界压力以上，无论压力有多高，流体都不能液化；气体特性：低粘度，接近普通气体；扩散系数比液体大100倍，比气体小得多。温度和粘度对扩散系数有很大影响，表明超临界流体中的传质优于液体中的传质。液体行为：密度大，接近普通液体，溶解度大。(3)在超临界状态下，流体对许多液体和固体物质的溶解能力大大增强，接近于液体。19.使用二氧化碳作为提取剂的优点是什么？(1)在所有溶剂中，二氧化碳的超临界温度(Tc=31.06)最接近室温，可在35 40提取，以防止热敏物质变质和挥发性物质逸出。(2)在CO2气体保护下进行萃取，萃取过程中不发生化学反应；此外，由于空气中的氧气被完全隔离，提取物不会因氧化或化学变化而变质。(3) CO2无味、无嗅、无毒、不可燃、廉价、纯度高、易得，且相对(1)压力：在高压下，超临界流体具有很强的溶解能力，能最大限度地溶解大部分组分；在低压下，只有可溶性成分可以被提取，或者有害成分可以在临界点附近被去除。随着压力的增加，大多数化合物的溶解度急剧增加。(2)温度：对流体密度的影响。随着温度的升高，CO2流体的密度降低，导致其溶剂化效果和对物质的溶解度降低。对物质蒸汽压的影响随着温度增加而增加，这增加了物质在CO2流体中的溶解度。(3)助溶剂(夹带剂):加入极性助溶剂有助于提高极性组分的溶解度，但对非极性溶质影响不大；相反，非极性助溶剂对极性和非极性溶质都有增加溶解度的作用。(4)材料特性21.画出三个典型的超临界萃取流程图。22.三种典型的超临界萃取过程的用途是什么？等温法和等压法：主要用于提取相内的溶质作为待精制产品；吸附法：主要适用于那些有害成分需要去除的萃取物，而留在萃取罐中的萃余液是纯化产品。23.什么是固相萃取？一种样品预处理技术，其中固体吸附剂用作固定相，目标或干扰物质被吸附到固定相中，以将目标与基质或干扰成分分离。24.固相萃取的分离模式有哪些？正相固相萃取、反相固相萃取、吸附固相萃取和离子交换固相萃取25.固相萃取的基本操作步骤是什么？活化、样品装载、洗涤和洗涤26.什么是亚临界水，它的特性是什么？中等压力下的液体热水。也叫超热水或高温水。随着温度的升高，介电常数降低，极性降低。第四章吸附、色谱分离和离子交换1.物理吸附和化学吸附有什么区别？物理吸附：吸附力是分子间的吸引力，非选择性，不需要高活化能，吸附层可以是单层或多层，吸附和解吸速度通常较快。化学吸附：吸附力为化学键力，需要高活化能，只能被单分子层吸附，选择性强，吸附和解吸速度慢。2.活性炭的种类可以分为几种？粉末活性炭、颗粒活性炭、尼龙活性炭。3.根据固定相的不同装载方法，色谱分离方法是如何分类的？柱色谱；纸层析；薄层色谱。4.吸附柱色谱中常用的吸附剂是什么？氧化铝，硅胶，羟基磷灰石Ca5(PO4)3(OH) 2 (HA)，聚酰胺，大孔吸附树脂5.吸附柱色谱中流动相的选择原则是什么？强极性组分应通过强极性流动相洗脱。弱极性组分应使用弱极性流动相洗脱。6.吸附柱色谱中吸附剂的选择是什么？为便于分析，吸附剂的选择原则是：对于大极性的分离物质，应选择小极性的吸附剂；对于小极性的分离物质，应选择大极性的吸附剂。7.分配柱色谱中常用的