化工分离技术研究进展
□ 中北大学塑料研究所 魏伟贾润礼
任何一个石油化工、医药化工、生物化工等都离不开分离过程。为了适应生产的需要，传统的分离技术如蒸馏、萃取、结晶、吸附等也在结合着新的科技的发展不断地改进，自膜分离技术以来又逐渐衍生出了各种各样的分离技术如膜萃取、膜蒸馏等。还有新型的泡沫分离法、分子印记分离法等也逐渐进入了生产中。
1蒸馏技术
蒸馏技术作为当代工业应用最广的分离技术，包括闪急蒸馏、简单蒸馏和精馏，目前已具有相当成熟的工程设计经验与一定的基础理论研究，随着生物技术、中药现代化和环境化工等领域的不断发展和兴起，人们对蒸馏技术提出了很多新的要求（低能耗、无污染等）。因此，在产品达到高纯分离的同时又能减低能耗和环境污染就成为蒸馏学科和工程研究开发的主要目标，并由此开发出以蒸馏理论为基础的许多新型复合传质分离技术。
分子蒸馏技术不同于一般蒸馏技术，它是运用不同物质分子运动自由程的差别而实现物质的分离，因而能够实现远离沸点下的操作。该项技术已广泛应用于高纯物质的提取，特别适用于天然物质的提取与分离。膜蒸馏是将膜与蒸馏过程相结合的分离方法，是以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为传质推动力的膜分离过程。膜蒸馏分为多种类型，如直接接触膜蒸馏、气隙膜蒸馏、气扫式膜蒸馏、真空膜蒸馏。
2萃取分离技术
萃取技术是化学工业中普遍采用的分离技术之一，在生物化工、基因工程中也有其广泛的应用，近年来发展起来的超临界萃取（SFE）、双水相萃取、微波萃取、和膜萃取等逐渐被人们重视，并广泛应用。
经过近30年的研究，SFE作为一种对环境友好的化工技术已取得了长足进展，广泛应用于医药、食品、香料和化工等领域，典型的代表有啤酒花提取、咖啡因分离及烟草脱除尼古丁等。目前，国内外对SFE应用研究的热点转移到对中草药及其他天然产物的提取。
双水相萃取技术作为一种新型的分离技术，克服了常规萃取有机溶剂对生物物质的变性作用，提供一个温和的活性环境，在萃取过程中保持生物物质的活性及构象等明显的技术优势，并且取得了一些阶段性的成果。
微波萃取是微波和传统的溶剂萃取法相结合后形成的一种新的萃取方法，具有设备简单、应用范围广、萃取效率高、节省时间和试剂、污染小等特点，受到国内外许多行业科研工作者的密切关注。目前应在微波萃取技术应用领域、萃取机理及微波萃取的工业化生产上多做努力，尽快使其转变为现实生产力。
膜萃取是膜过程与液液萃取过程集合形成的一种新型分离技术，其萃取过程与常规萃取过程中的传质、反萃取过程十分相似。因此又称为微孔膜液液萃取，但其传质是在有机溶剂和水溶液相接触的固定界面层上完成的，故又被称为固定界面层膜萃取。
3结晶分离技术
结晶分离过程是同时进行的多相传质与传热的复杂过程，受多种因素影响。传统结晶方法结晶时间长、效率低，而新出现的超临界流体（SCF）结晶技术、溶析结晶技术、声结晶技术和膜结晶技术展示了显著的优点。
溶析结晶属溶液结晶范畴。它操作温度低，特别适用于热敏性物质如抗生素、炸药的制备；能耗低，如溶析结晶NaCl的能耗比四效蒸发结晶工艺的能耗低29％。除了有关工艺开发和动力学这些工业结晶常规的应用和基础研究外，近年来还拓展了溶析剂入口处的混合技术、SCF溶析结晶技术等特有的研究领域。溶析结晶主要应用于热敏性物质的提纯精制。同时，它使某些大宗化工产品传统的提纯制备工艺面临着严峻的挑战，如以溶析结晶替代蒸发结晶生产NaCl是非常有前景的。溶析结晶的另一个重要应用是制备晶种。
声结晶是声化工这门交叉学科的一个分支，是应用超声波来影响控制结晶过程的技术，以超声波影响结晶行为提高效率，是新的结晶分离技术。该技术已受到化工、轻工、食品、生物、医药等领域的关注，成为强化结晶过程的关注焦点之一。
4吸附分离技术
近年来，吸附分离技术以其高效、低能耗和产品纯度高等特点在化工分离技术的发展过程中占据了重要地位。
络合吸附分离技术 π络合吸附分离是基于吸附质与吸附剂之间能形成π络合键的原理实现混合物分离的技术。π络合属于弱化学键的范畴。因此，与传统的利用范德华力或静电力的物理吸附相比，它的作用力强，有更高的吸附选择性；而与一般化学吸附相比，它的弱化学键性质使得脱附过程很容易通过降低压力或升高温度的方式得以实现。
模拟移动床吸附分离技术 模拟移动床(SMB)色谱分离技术具有分离能力强、设备体积小、投资成本低、并特别有利于分离热敏性高及难分离的物系等优点，因此它的兴起被一些化工专家认为是化工技术中的一次革新，其应用遍及石油、精细化工、生物发酵、医药食品等许多生产领域，尤其是在同系化合物、手性异构体药物、糖类、有机酸和氨基酸等混合物的分离中显示了其独特性能。
分子筛吸附分离技术 分子筛是人工合成的泡沸石，是硅铝酸盐的晶体。分子筛经加热失去结晶水，晶体内形成许多孔穴，其孔径大小与气体分子直径相近，且非常均匀，它能把小于孔径的分子吸进孔穴内，把大于孔径的分子挡在孔穴外，因此，它可以根据分子的大小把各种组分分离。正是由于分子筛具有以上性能，所以它在废水处理、干燥分离、气体分离及清洁油品等领域得到了十分广泛的应用。
吸水树脂吸附分离技术 吸水树脂不仅可用作吸水和保水材料，而且还可用于各种金属离子，尤其是重金属离子的富集、分离及回收，具有广泛的应用价值。至今将螯合树脂应用于重金属离子吸附分离的研究有大量文献报道，将吸水树脂应用于重金属离子吸附分离的研究文献报道则很少。
5膜分离技术
膜分离是一项新兴的高效分离技术。20世纪以来，反渗透、超滤、微滤、渗折、电渗析、气体分离、膜蒸馏、渗透蒸发及液膜分离技术等蓬勃发展。目前膜分离技术已广泛应用于水资源再生、新能源开发，环境保护以及传统工业的技术创新和改造。近十年来，我国膜产业飞速发展，膜材料产品每年以20%～25%的增速前进，预计2015年行业产值将突破千亿元大关，远期将达到万亿产值。
6分子印迹技术
分子印迹技术也叫分子模板技术，是一种新型的分离技术。目前分子印迹聚合物以其优良的性能已经在生物、化学、医学等领域得到广泛的应用。在化学仿生传感器、膜技术、天然抗体模拟、选择性催化剂、用于色谱固定相、固相萃取剂、药物手性分离、药物控制释放、农残分析等领域的应用尤为突出。
7泡沫分离技术
通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩的这类方法，总称为泡沫分离技术。泡沫分离技术已在工业领域取得广泛应用。在环保工业中，可用于废水的处理，降低化学消耗量、回收有机化合物等，也可以富集各种金属离子；在医药和生物工程中，可用于蛋白质、酶的分离纯化，生物活体中金属含量的检验，以及病毒的浓缩分离。今后将在稀溶液的浓缩、贵重物质的回收方面有着更加广泛的应用前景。
综上所述，蒸馏、萃取、结晶、吸附技术发展至今，其方向已经从常规转向解决普通过程无法分离的问题，通过物理或化学的手段改变物系的性质，使组分得以分离，或通过耦合技术促进分离过程，并且要求低能耗、低成本，向清洁分离发展。研究目标由现象描述向过程机理转移：研究手段逐步高技术化；研究方法由传统理论向多学科交叉方面开拓，已经逐步转向成熟。而新型的分离技术如膜分离、超临界分离、分子印记以及泡沫分离技术才转入正轨，随着进一步的研究与开发，必将取得新的进展。