分离科学第一章绪论2.ppt

分离与富集,主讲人： 李 云 云 日 期： 2013年3月,延安大学,课程简介,第1章 绪论（2学时） 第2章 沉淀分离法（4学时） 第3章 液一液萃取分离法（6学时） 第4章 离子交换分离法（6学时） 第5章 色谱分离法（6学时） 第6章 泡沫浮选分离法（2学时） 第7章 电泳分离法（2学时） 第8章 膜分离法（2学时）,理论教学：32学时（216）；学分：2学分 考核方式：考查（平时成绩+课件制作+综述论文） 内容：分离科学的基础知识、基本原理和分离技术,第一章 绪论,一、分离科学及研究内容 二、分离科学的重要性 三、分离过程的本质 四、分离方法的分类 五、分离方法的评价 六、分离技术的展望,4,1.1 什么是分离（separation）? 分离是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异，通过适当的装置或方法，使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。（与时间相关的空间重新分布） 通俗地讲分离就是利用理化性质的差异，将某种（或某类）物质从复杂的混合物中分离出来，使之以相对纯的形式存在。 分离科学指研究从混合物中分离、富集或纯化某些组分以获得相对纯物质的规律及其应用的一门学科。,5,相关概念 纯化：除去杂质，使纯度提高（摩尔分数0.9） 浓缩：除去溶剂，所有溶质浓度都提高（0.10.9） 富集：增加目标组分浓度，缩小混合物体积（0.1） 分离的形式 单一分离：得到纯物质 多组分相互分离-多次操作 特定组分分离-高选择性，难度大 组（族）分离：得到性质相近的一族物质 组分离往往是单一分离的基础,6,1.2 分离特点 对象物质种类繁多-天然、合成的 目的各不相同-分析、制备 规模差别很大-工业、实验室 分离技术形形色色 应用领域十分广泛,7,1.3 分离科学研究内容 传统分离技术理论上更注重各种分离方法及其机理，手段上更注重分离所采用的材料和工艺过程。而现代分离科学更注重研究被分离组分在空间移动和再分布的宏观和微观变化规律。 分离过程中伴随着分离与混合（或定向迁移与扩散）、富集与稀释。 分离科学实质上是研究如何将热力学第二定律所说的自发过程以相反方向进行到最大限度的科学。即如何给体系增加能量和降低体系的熵值以便增强分离效果。,8,用热力学原理讨论分离体系的功、能量和热的转换关系，以及物质输运的方向和限度； 用动力学原理研究各种分离过程的速度与效率；研究分离体系的化学平衡、相平衡和分配平衡。 建立分离方法 阐明方法原理 了解分离效率 优化分离条件,9,认识物质世界的必经之路-纯物质 各种分析技术的前提-样品前处理 延伸分析方法的检出下限-富集和浓缩 防止环境污染的有效工具-化工业“三废” 其他科学发展的基础-物理、化学、环境、医学、生物、材料、化工、食品、等等 提高人类的生活品质纯净水、色拉油、精盐、各种方便服用的药剂等等,10,分离过程,能够分离，物质的物理、化学、或生物学性质必有差异。,添加物料：吸收剂、溶剂、表面活性剂、离子 交换剂、液膜、吸收物质等 引进能量：电、热、磁、静压力、离心力等,11,实例: 蔗糖-水：溶解（自发混合），蒸发制糖（分离，需做功）； 油-水：溶解难，做功能混合乳化，放置油水自然分离； Fe3+、Ti4+的6M盐酸溶液混合均匀，该溶液与乙醚混合后分层， Fe3+被萃取到乙醚层。 罗尼认为：分离过程要克服混合和稀释两个自发过 程，因此分离过程必须做功（耗能）。,12,如何判断能否自发进行？ 无论混合、分离，是否自发进行，需看体系的自由能如何变化.分离过程一般是熵减小的过程，需要外界对体系做功。,势能包括各种相互作用。 均相体系只存在浓度差，熵效应驱使体系自发混合形成均匀体系。 非均相体系除浓度差外，还存在相互作用（势能差），组分趋向分配在低势能相。,13,按分离方法的性质不同分为： 物理分离法：离心、电磁分离等物理手段 化学分离法：沉淀、萃取、色谱、选择性溶解等化学过程 物理化学分离法：蒸馏、挥发、电泳、膜分离、区带熔融等物理化学性质差异,14,按分离过程的原理不同分为：,机械分离 传质分离 反应分离,化工 分离 过程,过滤 沉降 离心分离 旋风分离 电除尘,平衡分离 速度差分离,蒸发 蒸馏 吸收,膜分离 电泳 渗析 泡沫分离,能量 非均相,能量+物质 非均相,能量+物质 非均相/均相,离子交换、反应萃取 反应吸收、反应结晶 生物降解,物质 非均相/均相,15,常见平衡分离方法,16,速度差分离方法：,17,反应分离方法：,18,5.1 分离方法的评价指标：,回收率：分离过程中损失量的多少,根据分离目的和经济价值要求回收率，通常：常量组分（1），RA99; 痕量组分（90或95。 标准加入法或标准样品法测定,19,分离因子：两组分被分离的程度，A目标组分，B共存组分，则分离因子定义为,回收率相差越大，分离效果越好。分离前后两者的比例相差越大，分离效果越好。,20,富集倍数：通过分离将目标组分在样品中的摩尔分数提高的过程。,富集对象通常都是微量和痕量组分，富集倍数视样品中组分的最初含量和后续分析中检测技术的灵敏度高低而定。,其它：成本、环境污染等,21,5.2 分离方法的选择 最佳分离方法始终是我们追求的目标！ 最佳分离因子 最纯的产物 消耗最少的能量、试剂和时间 最简单的设备 最简单的操作流程,如何实现？热力学，动力学,选择的一般原则,22,常用于分离的物质性质,选择依据,23,色谱已成为最有效和应用最广泛的分离技术 不同分离技术相互渗透形成新的分离方法 其他学科的发展促进了分离科学的发展 自