第一篇：現(xiàn)代分離技術(shù)綜述論文

現(xiàn)代分離技術(shù)研究與進展

摘要：從現(xiàn)代化工和新技術(shù)的發(fā)展需求出發(fā)，論述了化工分離技術(shù)的重要性，以及各新型分離技術(shù)的分離原理，應(yīng)用優(yōu)點和缺陷以及應(yīng)用現(xiàn)狀，并對當(dāng)代化工新型分離技術(shù)的發(fā)展特點進行了探討。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代分離技術(shù)；泡膜分離；膜分離；超臨界分離

Modern separation technology research and progress Abstract: From the development needs of the modern chemical industry and new technologies ,it discusses the importance of chemical separation technology and the principle of all kinds of new separation technologies, as well as advantages and shortcomings of the application, and application status ,in addition, it discusses the development characteristics of the contemporary new chemical separation technology.Keywords: modern separation techniques;bubble membrane separation;membrane separation;supercritical separation

無論化學(xué)、石油、冶金、食品、輕工等工業(yè)都廣泛應(yīng)用分離過程。化工生產(chǎn)中，原料的凈制、中間產(chǎn)物和主副產(chǎn)品之間的分離、同位素的分離和重水制備；生化領(lǐng)域中抗菌素的凈制、病毒的分離、生物制品的下游技術(shù)，冶金工業(yè)中礦物的精選等等，都離不開分離技術(shù)。

隨著工業(yè)的現(xiàn)代化，科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)向著高質(zhì)量、高純度、精密加工、微型化和高技術(shù)密集型發(fā)展，而這些都必需有分離過程的密切配合。隨著現(xiàn)代工業(yè)大型化生產(chǎn)的趨向，分離過程起著重要作用，必需采用有效的分離過程化廢為寶，變害為利。因此選擇高效、低耗的分離技術(shù)還與降低成本、減少能耗以及提高產(chǎn)品質(zhì)密切聯(lián)系?？茖W(xué)的發(fā)展、學(xué)科的交叉提供了這種可能。在使常規(guī)分離過程如蒸發(fā)、結(jié)晶、蒸餾、吸收、萃取、干燥等得到不斷完善和發(fā)展的同時，又衍生、開發(fā)出眾多新的分離方法，如泡沫分離、超臨界萃取、固膜與液膜分離等，展示了巨大的應(yīng)用潛勢。

1．泡沫分離

泡沫分離技術(shù)是近幾十年發(fā)展比較快的新興分離技術(shù)，通常把凡是利用氣體在溶液中鼓泡，以達到分離或濃縮的這類方法，總稱為泡沫分離技術(shù)。泡沫分離技術(shù)的研究開發(fā)已經(jīng)有將近一個世紀(jì)的歷史。作為分離對象的某溶質(zhì)，可以是表面活性物質(zhì)和洗滌劑，也可以是不具有表面活性的物質(zhì)，但它們必須具備和某一類型的表面活性物質(zhì)能夠絡(luò)合或螯合的能力，當(dāng)在塔式設(shè)備內(nèi)部鼓泡時，該溶質(zhì)可被選擇性的吸附在自下而上的氣泡表面，并在溶液主體上方形成泡沫層，將排出的泡沫消泡，可獲得泡沫液（溶質(zhì)的富集回收），在連續(xù)操作時，液體從塔底排出，可以直接排放，也可以作為精制后的產(chǎn)品液。

泡沫分離是根據(jù)表面吸附的原理，借助鼓泡使溶液中的表面活性物質(zhì)聚集在氣/液界面，隨氣泡上浮至溶液主體上方，形成泡沫層，將泡沫和液相主體分開，從而達到濃縮表面活性物質(zhì)（在泡沫層），凈化液相主體的目的。從液相主體中濃縮分離的既可以是表面活性物質(zhì)，也可以是能與表面活性物質(zhì)相互親和的任何溶質(zhì)，比如金屬陽離子、蛋白質(zhì)、酶、染料等等。另外，一些固體粒子（沉淀微?；虻V石小顆粒），也可以被表面活性物質(zhì)吸附，從溶液中分離出來。

泡沫分離必須具備兩個基本條件，首先，所需分離的溶質(zhì)應(yīng)該是表面活性物質(zhì)，或者是可以和某些活性物質(zhì)相絡(luò)合的物質(zhì)，它們都可以吸附在氣/液界面上；其次，富集質(zhì)在分離過程中借助氣泡與液相主體分離，并在塔頂富集。因此，它的傳質(zhì)過程在鼓泡區(qū)中是在液相主體和氣泡表面之間進行，在泡沫區(qū)中是在氣泡表面和間隙液之間進行。所以，表面化學(xué)和泡沫本身的結(jié)構(gòu)和特征是泡沫分離的基礎(chǔ)。

該技術(shù)具有3個特點：（1）設(shè)備比較簡單、能耗低、投資少，而且操作和維修都方便；（2）在常溫或低溫下操作，因此適用于熱敏性和化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的成分的分離；（3）適用于低溫度組分的濃縮和同收。盡管泡沫分離技術(shù)具有很多優(yōu)勢，但是它也存在著一些不足之處，如表面活性物質(zhì)大多是高分子化合物，消化量較大，有時也難以回收，泡沫塔內(nèi)的返混嚴(yán)重影響分離的效率，溶液中的表面活性物質(zhì)的濃度難以控制等。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，泡沫分離技術(shù)在一種物質(zhì)的分離往往需要幾種分離方法才能達到分離的要求，泡沫分離常常與萃取、沉降、生化等方法共同應(yīng)用于化工、生化、食品、醫(yī)藥、污水處理等領(lǐng)域，用以達到更加廣泛的使用領(lǐng)域。

因此對泡沫分離技術(shù)分離效率的影響因素及其影響程度的研究就顯得十分重要。并且分離設(shè)備的創(chuàng)新和改善對于泡沫分離技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用也起到了重要作用。

為提高泡沫分離的效率，改善泡沫分離設(shè)備的性能，有關(guān)各種表面活性劑在氣-液界面處發(fā)生分離的吸附機理以及吸附特性還有待于繼續(xù)研究，尤其是吸附動力學(xué)、以及表面活性物質(zhì)混合物的競爭吸附。有關(guān)吸附動力學(xué)和流體力學(xué)行為，目前還沒有統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型。此外，由于吸附而引起的溶液粘度等物性的變化，也可能會影響到泡沫排液和泡沫穩(wěn)定性。聚并對分離效率有顯著的作用，所有會影響聚并的因素也應(yīng)加以研究。單級、半間歇及連續(xù)操作的泡沫塔的分離能力已有較詳細(xì)的論述，而多級逆流或錯流模型還需進一步考察。有效的泡沫分離和破沫模型的放大，對于多級泡沫塔的操作也是非常重要的。

2．膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是在20世紀(jì)末興起的一種新型分離技術(shù)，預(yù)計在21世紀(jì)還會以更快的速度發(fā)展。膜分離技術(shù)是以選擇透過性膜作為分離介質(zhì)，通過在膜兩側(cè)施加某種推動力(如壓力差、蒸汽分壓差、濃度差、電位差等)，使得原料側(cè)組分有選擇性地透過膜，從而達到分離、提純和濃縮的目的。雖然膜分離技術(shù)的機理、操作方式各異，但在食品加工、醫(yī)藥和生化技術(shù)領(lǐng)域有其獨特的適用性。近年來，膜分離已逐漸成為化學(xué)工業(yè)、食品加工、廢水處理、醫(yī)藥技術(shù)等方而的重要分離技術(shù)。

膜分離過程具有以下特點：（1）一般膜分離過程不發(fā)生相變化、能耗低；（2）膜分離過程可在常溫下進行，特別適合于熱敏性物質(zhì)(如果品、酶、藥物)的分離分級和濃縮；（3）適于膜分離過程的對象廣泛，大到肉眼看得見的顆粒，小到離子和氣體分子；（4）膜分離過程裝置簡單、操作容易、易于自動控制，維修方便。由于膜材質(zhì)價格高，大多數(shù)膜工藝運行費用昂貴，因此阻礙膜分離技術(shù)的進一步推廣與普及。

膜分離技術(shù)具有分離效率高，設(shè)備簡單，操作方便，無相變和省能等優(yōu)點，它在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力很大, 發(fā)展前景十分廣闊。但是，總體上來講，膜成本太高，膜污染及壓實等問題縮短了膜的使用壽命，這些問題阻礙了膜技術(shù)的進一步大規(guī)模應(yīng)用。今后應(yīng)在以下幾方面進行研究：（1）開發(fā)耐高溫、抗污染、耐酸堿等性質(zhì)穩(wěn)定、成本低廉的新型膜材料，以降低造價；（2）開發(fā)能充分發(fā)揮膜性能的膜組件并向大型化發(fā)展；（3）弄清膜污染的機理, 找到解決膜污染的最佳途徑以延長膜的使用壽命；（4）建立并完善機理模型, 充分考慮影響膜分離過程的因素, 減少模型中需經(jīng)實驗測定的參數(shù), 用理論指導(dǎo)實踐；（5）各種膜分離技術(shù)的組合使用、膜分離技術(shù)與常規(guī)環(huán)境處理單元的有機結(jié)合、分離性能更高、操作更簡便的處理工藝系統(tǒng)是今后的發(fā)展的方向?？傊? 我國膜分離技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用水平與世界先進水平尚有較大差距, 開發(fā)適合環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用的高效分離膜及方便、能耗小、易產(chǎn)業(yè)化的膜分離過程和大型組件是當(dāng)務(wù)之急。隨著膜研究的不斷深人, 膜分離技術(shù)的應(yīng)用范圍將越來越廣。

3．超臨界萃取

超臨界流體指的是物體處于其臨界溫度和臨界壓力以上狀態(tài)時，向該狀態(tài)氣體加壓，氣體不會液化，只是密度增大，具有類似液體的性質(zhì)。同時還保留氣體性能。超臨界流體即具有液體對溶質(zhì)有較大溶解度的特點，又具有氣體易于擴散和運動的特點。更重要的是超臨界流體的許多性質(zhì)如：粘度、密度、擴散系數(shù)、溶劑化能力等性質(zhì)隨溫度和壓力變化很大，因此對選擇性的分離非常敏感。

近二三十年來，隨著科技進步和生活水平提高，人們對健康、環(huán)境有了新的認(rèn)識，對食品、醫(yī)藥、化妝品等有關(guān)身心健康的產(chǎn)品及相關(guān)生產(chǎn)方法提出了更高標(biāo)準(zhǔn)和要求。超臨界萃取技術(shù)作為一種獨特，高教，清潔的新型提取、分離手段，在食品工業(yè)、精細(xì)化工、醫(yī)藥工業(yè)、還是環(huán)境等領(lǐng)域己展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，成為取代傳統(tǒng)化學(xué)方法的首選。目前，世界各國都集中人力物力對超臨界技術(shù)基礎(chǔ)理論、萃取設(shè)備和工業(yè)應(yīng)用等方面進行系統(tǒng)研究，耿得了長足進展。

超臨界流體萃取分離是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地依次把極性大小、沸點高低和相對分子質(zhì)量大小不同的成分萃取出來。與傳統(tǒng)化學(xué)分離提取方法相比，超臨界流體萃取分離技術(shù)具有許多優(yōu)點，但也存在許多問題，主要是處理成本高、設(shè)備生產(chǎn)能力低、對有些成分提取率低，另外還有能源的回收、堵塞、腐蝕等技術(shù)問題有待解決。但它作為一種國際上公認(rèn)的綠色提取技術(shù)，其本身特性顯示它巨大生命力。隨著當(dāng)今社會高度發(fā)展，維護和保持一個可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境是人類共同的要求和期望，無論是環(huán)境保護、污染的治理，還是人們對天然產(chǎn)物和綠色食品的青睞，傳統(tǒng)的加工分離技術(shù)是難以企及的，所用的這些都預(yù)示著超臨界技術(shù)將會擁有更為廣闊的發(fā)展空間，目前超臨界流體萃取分離技術(shù)的研究和應(yīng)用研究成為國際研究熱門，中國有豐富的天然植物、藥物資源，開發(fā)和利用這些資源具有重要意義，我們應(yīng)加強超臨界流體萃取分離技術(shù)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究。

由于每種分離方法都存在自身的有點以及缺點，并不是現(xiàn)代分離技術(shù)就可以通用所有分離問題?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展導(dǎo)致分離技術(shù)要求越來越高，分離的難度也越來越大。為了適應(yīng)這些要求，除了對常規(guī)分離過程加以改進和加強外，還應(yīng)不斷開發(fā)新的分離方法。

參 考 文 獻

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第二篇：現(xiàn)代分離技術(shù)論文

分離技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望

摘 要: 簡要闡述了分離技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展概況，各主要常規(guī)和新型分離技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、研究前沿及未來的發(fā)展方向，并討論了分離技術(shù)將繼續(xù)推動現(xiàn)代化工和相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，并在高新技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展中大顯身手。

關(guān)鍵詞: 分離技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀；展望

Development Status and prospect on separation technology Abstract: The history of produce and development on separation engineering is briefly introduced.The status and study advance of most traditional and new separation techniques and its developing direction in future is briefed.In the past, separation technology brought into important play in chemical engineering.It is discussed that it will also impel modern chemical engineering and relative industries in future.Moreover it will strut its stuff in high technology.Key words: separation technology;development;prospect

本文從分離技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展概況入手，綜述了精餾、吸附、干燥等常規(guī)分離技術(shù)和超臨界流體分離、膜分離、耦合分離等新型分離技術(shù)的研究，并分析了各種技術(shù)在現(xiàn)代化工中的重要作用。概述

分離技術(shù)是研究生產(chǎn)過程中混合物的分離、產(chǎn)物的提取或純化的一門新型學(xué)科。1901年英國學(xué)者戴維斯[1]在其著作《化學(xué)工程手冊》中首先確定了分離操作的概念；1923年美國學(xué)者劉易斯和麥克亞當(dāng)斯[1]合著出版了《化工原理》，從而確立了分離工程理論，并得以充實和完備；20 世紀(jì)后期，分離技術(shù)不斷深化與拓寬。

而從近年的發(fā)展來看，各國都在根據(jù)自身特點和條件加速發(fā)展分離技術(shù)，例如美國的研究工作兼具新穎性和實用性的特點，法國重視核領(lǐng)域和數(shù)學(xué)模型的研究，德國重視實驗技術(shù)和工程研究等。我國分離技術(shù)的研究和應(yīng)用從50年代以來也取得了重大的進展。展望新的世紀(jì)，分離技術(shù)將在高新科技的發(fā)展中起更大的作用。

1.1 化工分離技術(shù)重要性

化工分離技術(shù)是化學(xué)工程的一個重要分支，任何化工生產(chǎn)過程都離不開這種技術(shù)[2]。絕大多數(shù)反應(yīng)過程的原料和反應(yīng)所得到的產(chǎn)物都是混合物，需要利用體系中各組分物性的差別或借助于分離劑使混合物得到分離提純。

隨著對產(chǎn)品的質(zhì)量及物質(zhì)純度的要求隨之提高，同時煤炭與石油危機所引起的能源危機對資源利用與清潔生產(chǎn)也提出了要求。正因為如此，推動了人們對新型分離技術(shù)不懈的探索。一些常規(guī)分離技術(shù)，如蒸餾、吸收、萃取等不斷改進、完善和發(fā)展，并使一些特色明顯的新型分離技術(shù)，如膜分離、泡沫分離、超臨界流體萃取以及耦合技術(shù)等得到重視和發(fā)展。

1.2 化工分離技術(shù)的多樣性

由于化工分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，原料、產(chǎn)品和對分離操作的要求多種多樣，這就決定了分離技術(shù)的多樣性。按機理劃分，可大致分成五類，即：生成新相以進行分離（如蒸餾、結(jié)晶）；加入新相進行分離（如萃取、吸收）；用隔離物進行分離（如膜分離）；用固體試劑進行分離（如吸附、離子交換）和用外力場或梯度進行分離（如離心萃取分離、電泳）等，它們的特點和設(shè)計方法有所不同。Kelley[3]于1987年總結(jié)了一些常用分離方法的技術(shù)成熟度和應(yīng)用成熟度的關(guān)系圖(圖1)。十余年來，化工分離技術(shù)雖然有了很大的發(fā)展，但圖中指出的方向仍可供參考。例如,精餾、萃取、吸收、結(jié)晶等仍是當(dāng)前使用最多的分離技術(shù)[4-5]。液膜分離雖然構(gòu)思巧妙,但由于技術(shù)上的局限性,僅在藥物緩釋等方面得到有限的應(yīng)用。

圖1 分離過程的技術(shù)和應(yīng)用成熟度[3]

Fig.1 The technology and use maturity of the separating process 2 傳統(tǒng)分離技術(shù)

精餾雖然是最早期的分離技術(shù)之一，幾乎與精餾同時誕生的傳統(tǒng)分離技術(shù),如吸收、蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥等，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，至今仍然在化工、醫(yī)藥、冶金、食品等工業(yè)中廣泛應(yīng)用并起著重要作用。

2.1 精餾技術(shù)

精餾是關(guān)鍵共性技術(shù)，已經(jīng)被廣發(fā)應(yīng)用了200多年，從技術(shù)和應(yīng)用的成熟程度考慮，目前仍然是工廠的首選分離方法[6]。精餾市場的經(jīng)濟效益至今仍是令人刮目相看的。而近年來，隨著相關(guān)學(xué)科的滲透、精餾學(xué)科本身的發(fā)展及經(jīng)濟全球化的沖擊，我國精餾技術(shù)正向新一代轉(zhuǎn)變，以迎接所面臨的挑戰(zhàn)。其特征[7]為：（1）精餾學(xué)科正由傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗、半經(jīng)驗過渡到憑半理論以至理論；（2）精餾過程正由傳統(tǒng)的單一分離過程過渡到耦合和復(fù)雜的優(yōu)化分離過程，以提高分離效率和節(jié)能；（3）由對環(huán)境造成嚴(yán)重污染的一代向注重環(huán)保的一代轉(zhuǎn)變；（4）由走加工的道路向技術(shù)集成創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變；（5）通過我國自己的技術(shù)進步解決裝置大型化、長周期運行，通過創(chuàng)新解決精餾技術(shù)問題，以降低成本、提高國際競爭力。

常規(guī)精餾包括簡單精餾、分批精餾、連續(xù)精餾和多側(cè)線精餾。在化工生產(chǎn)中，簡單的精餾往往難以達到理想分離效果，因此特殊精餾便應(yīng)運而生[8]。新型和特殊精餾主要有以下幾方面：添加物精餾（如萃取精餾或共沸精餾方法）；耦合精餾（如反應(yīng)精餾、吸附精餾和膜精餾）和熱敏物料精餾（分子精餾技術(shù)等）[9]。

2.2 吸附分離技術(shù)

吸附分離過程是利用混合物中各組分在固體吸附劑與流體相間分配不同的性質(zhì)，使混合物中難吸附與易吸附組分得到分離的技術(shù)。其特點為利用吸附劑巨大的比表面積能吸附分離低濃度或微量的溶質(zhì)成分，且適合的高性能吸附劑對性質(zhì)相近的溶質(zhì)成分有很高的吸附選擇性。因此，吸附分離非常適用于采用傳統(tǒng)分離方法（蒸餾等）難于分離的混合物體系。此外，吸附分離過程的操作條件較為溫和，適合生化產(chǎn)物的分離。

吸附分離過程已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于化工、煉油、輕工、食品、制藥、環(huán)保及能源等各行業(yè)中。對于液相混合物體系的吸附分離，其應(yīng)用領(lǐng)域主要有：食品工業(yè)中油類的脫色、脫臭，無水乙醇生產(chǎn)中的脫水，石油餾分的脫色、干燥，以及水源保護和污水處理等。對于氣體混合物體系的分離，工業(yè)化程度最高，其應(yīng)用領(lǐng)域主要有：空氣的凈化及其常溫下的氧氮分離制備氧氣和氮氣，電子工業(yè)中高純氣體的制備，工業(yè)廢氣的凈化如廢氣中SO2、NOx、氟利昂、揮發(fā)性有機氣體和焚燒煙氣中二噁英的脫除，以及核廢氣的處理等。

2.3 干燥技術(shù)

干燥也是一古老傳統(tǒng)的分離方法，其應(yīng)用最廣也是能耗最多的分離操作之一，用來脫出水分或濕分以獲得固體產(chǎn)品，可以說幾乎沒有哪個行業(yè)完全與干燥無關(guān)。在過去20-30年間，干燥領(lǐng)域的主要技術(shù)進步有[10]：（1）流態(tài)化干燥。誕生于1921年，日前應(yīng)用最廣。（2）噴霧干燥。其獨特的優(yōu)勢為可以直接由溶液或懸浮液制成粉狀或粒狀產(chǎn)品。（3）間接加熱干燥(也稱接觸干燥)。這種干燥方式的特點是熱氣體不直接接觸物料，而是通過器壁或管壁加熱，如可以用廢氣作為加熱介質(zhì)而又不會污染產(chǎn)品。（4）真空干燥與真空冷凍干燥。真空冷凍干燥是集冷凍和干燥為一體，20世紀(jì)70年代開發(fā)研究，其產(chǎn)品質(zhì)量均優(yōu)于普通真空干燥，但成本高，現(xiàn)僅用于高附加值產(chǎn)品，如人參等。新世紀(jì)的分離技術(shù)及其展望

新世紀(jì)全人類所面臨的四大問題：環(huán)保、能源、糧食與健康醫(yī)療，每個都與化學(xué)工程及分離工程相關(guān)。因此，分離技術(shù)的不斷改善和發(fā)展，將成為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

3.1

超臨界流體分離技術(shù)

當(dāng)物質(zhì)處于臨界溫度與臨界壓力以上，即為超臨界流體。物質(zhì)于超臨界流體狀態(tài)表現(xiàn)出一些重要特性：（1）當(dāng)接近臨界溫度時，流體有很大的可壓縮性，且超臨界流體的密度和液體的密度接近；（2）當(dāng)接近超臨界壓力時，適當(dāng)增加壓力可使流體密度很快增到接近普通液體的密度，使超臨界流體具有類似液體對溶質(zhì)的溶解能力；（3）超臨界流體的黏度接近氣體，受溫度和壓力的影響不太大；（4）超臨界流體的擴散能力接近于普通氣體；（5）超臨界流體表面張力趨于零，因此在超臨界流體狀態(tài)下去除溶劑可以很好保護材料的微、納米孔道。正由于上述特性，其可以廣泛應(yīng)用于化工分離和反應(yīng)過程中，從而形成許多超臨界技術(shù)。

超臨界流體技術(shù)大體的發(fā)展包括三個階段：19世紀(jì)70年代以前研究階段，研究內(nèi)容以含超臨界流體體系的相平衡、過程傳質(zhì)為主；20世紀(jì)70到90年代的迅猛發(fā)展階段，出現(xiàn)

了重要的超臨界水養(yǎng)化技術(shù)、超臨界流體粉體化技術(shù)等；20世紀(jì)90年代以來的全面發(fā)展階段，以綠色化學(xué)、能源開發(fā)為理念的反應(yīng)以及耦合分離等技術(shù)得到全面的研究和應(yīng)用。超臨界流體由于具有綠色化學(xué)的特點，因此其技術(shù)在天然產(chǎn)物、廢棄物中高附加值產(chǎn)品的分離中仍然具有很好的前景，其優(yōu)點越來越受到人們的廣泛關(guān)注，已在食品、醫(yī)藥、香精香料、化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)等領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用前景。

楊敏等[11]以13%甲醇與CO2為流動相，采用超臨界流體色譜分離技術(shù)（SFC）測定吳茱萸中吳茱萸次堿與吳茱萸堿含量，與傳統(tǒng)方法相比，SFC可在簡單的流動相條件下對吳茱萸中的吳茱萸次堿和吳茱萸堿進行良好分離，且分析時間僅為6min。王曉丹、史桂云[12]分別采用水提取法、傳統(tǒng)乙醇提取法、微波提取法、超臨界CO2萃取法提取柿葉總黃酮，結(jié)果表明超臨界CO2萃取法提取總黃酮含量最高，且得到的萃取物純凈，色澤金黃，純度高，無異味。

3.2 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是一種使用半透膜分離方法，其分離原理是依據(jù)物質(zhì)分子尺度的大小，借助膜的選擇滲透作用，在外界能量或化學(xué)位差的推動作用下對混合物中雙組分或多組分溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級提純和富集，從而達到分離、提純和濃縮的目的。與傳統(tǒng)分離方法(蒸發(fā)、萃取或離子交換等)相比，它是在常溫下操作，沒有相變，最適宜對熱敏性物質(zhì)和生物活性物質(zhì)的分離與濃縮，具有高效、節(jié)能，工藝過程簡單、投資少、污染小等優(yōu)點，因而在化工、輕工、電子、醫(yī)藥、紡織、生物工程、環(huán)境治理、冶金等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

數(shù)十年來，膜分離技術(shù)發(fā)展迅速，特別是90 年代以后，膜分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到人們生活和生產(chǎn)的各個方面。膜分離技術(shù)作為一種新興的高效分離技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、電子、輕工、紡織、石油、食品、醫(yī)藥、生物工程、能源工程等。國外有關(guān)專家甚至把膜分離技術(shù)的發(fā)展稱為“第三次工業(yè)革命”。膜分離技術(shù)被認(rèn)為是20世紀(jì)末至21世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一[13-15]。目前己經(jīng)深入研究和開發(fā)的膜分離技術(shù)有微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、滲透汽化和氣體分離等。正在開發(fā)研究中新的膜過程有：膜蒸餾、支撐液膜、膜萃取、膜生物反應(yīng)器、控制釋放膜、仿生膜以及生物膜等過程。

微濾主要用于分離水溶液中的物質(zhì)，除去尺寸為500 um-50 um的微粒，一般其膜是一次性使用的，因此降低膜成本和拓寬應(yīng)用范圍將是研發(fā)方向；超濾也主要是從水溶液中除去1.2nm-50nm的大分子及高分子化合物、膠體、病毒等，根據(jù)市場需要，增加品種，提高膜的性能將是其研究方向；反滲透能夠除去水溶液中0.3nm-1.2nm的溶質(zhì)，可除去除H+和OH

一以外的無機離子和低分子有機物，現(xiàn)主要用于脫鹽，研究發(fā)展方向?qū)⑹翘岣咄亢兔擕}率，膜的耐熱及耐氧化性，組件大型化，降低膜成本，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域等。

氣體分離領(lǐng)域，氫氣分離中變壓吸附和深冷分離法具有明顯優(yōu)勢，空氣富氧化方面，正在積極開發(fā)燃燒用膜式空氣富氧化系統(tǒng)。

滲透蒸發(fā)已成功用于制取無水乙醇。開發(fā)低能耗，工藝簡單的方法從發(fā)酵液中提取乙醇是一重要課題，正在研究的乙醇選擇性透過膜可由含乙醇4%-8%的發(fā)酵液中制成80%的乙

醇，使制備無水乙醇的能耗降為常規(guī)精餾法的25%，一旦成功，傳統(tǒng)精餾法生產(chǎn)乙醇將受到挑戰(zhàn)，但膜是否能循環(huán)使用是個問題(抗污染性)。反應(yīng)與滲透蒸發(fā)藕合，利用滲透蒸發(fā)使生成物不斷排除，促進可逆反應(yīng)的進行，如脂化反應(yīng)，這一課題前景光明。

液體膜，至今幾乎無大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，主要是由于液膜壽命短的問題一直沒有解決，因此長壽命液膜的研究是誘人的課題。

其余具有開發(fā)研究價值的膜分離技術(shù)還有膜反應(yīng)器、酶膜反應(yīng)器；具有催化活性的絡(luò)合金屬高分子膜、離子傳導(dǎo)膜；膜在醫(yī)療上的應(yīng)用，如人工腎、反應(yīng)-膜分離藕合等。

3.3 耦合分離技術(shù)

將分離與分離或者反應(yīng)與分離等兩種或兩種以上的單元操作藕合或者結(jié)合在一起并用于分離的過程稱為基礎(chǔ)過程或雜化過程。集成過程的最大特點是為實現(xiàn)物料與能量消耗的最小化、工藝過程效率的最大化，或為達到清潔生產(chǎn)的目的，或為混合物的最優(yōu)分離和獲得最佳的產(chǎn)物濃度。

將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)分離技術(shù)相結(jié)合組合而成的集合技術(shù)，如精餾-滲透汽化集成技術(shù)、滲透汽化-萃取集成技術(shù)、錯流過濾-蒸發(fā)集成技術(shù)、膜滲透-變壓吸附集成技術(shù)等分離技術(shù)使分離過程在最優(yōu)條件下進行。

而在反應(yīng)過程中，采用反應(yīng)-分離耦合技術(shù)可以及時將反應(yīng)產(chǎn)物移除出反應(yīng)體系，可以促進反應(yīng)的進行，進一步提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，具有十分重要的意義。陶昭才等[16]利用催化反應(yīng)-蒸餾集成技術(shù)將Ti(0C4H9)4與PbO復(fù)配作為催化劑，對苯酚和DMC醋交換法反應(yīng)蒸餾合成DPC進行了探索性研究。結(jié)果達到了預(yù)期效果，為將來碳酸二苯醋的工業(yè)化打下基礎(chǔ)。王樂夫等[17]則采用醋化反應(yīng)-滲透汽化集成技術(shù)制備了活性分離層厚度為l-10μm的PPVA/PAN滲透汽化復(fù)合膜，并將其用于乙醇/水恒沸混合物的分離及乙酸和正丁醇酯化制乙酸正丁醋的酸催化反應(yīng)過程，該復(fù)合膜具有很好的熱穩(wěn)定性和抗溶劑性，并具有非常高的水涌透選擇性和適宜的通量。張秀莉等[18]用膜基化學(xué)吸收集成技術(shù)對中空纖維膜組件中NaOH水溶液吸收CO2的傳質(zhì)過程進行實驗研究。對氣相分傳質(zhì)系數(shù)進行了計算和關(guān)聯(lián)，得到了中空纖維膜組件管內(nèi)氣相傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型計算式，為中空纖維膜基化學(xué)吸收的研究提供了一種理論模型。

目前，新型分離技術(shù)已在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，對某些新領(lǐng)域的開發(fā)也取得了一定進展。隨著節(jié)能和環(huán)保的要求日益提高，新型分離技術(shù)將會發(fā)揮更大作用，是解決能源危機和緩解三廢污染的有效途徑。結(jié)合了先進的計算機模擬工具，相信相關(guān)的新型分離技術(shù)在未來將會有更好的發(fā)展。特別是在今天環(huán)保和節(jié)能已經(jīng)成為全世界最關(guān)注的焦點下，更使那些具有低能耗、無污染特色的新型分離技術(shù)將得到充分的開發(fā)和應(yīng)用。展望

21世紀(jì)是生物科學(xué)技術(shù)的時代，是信息時代，是全人類為生存、為健康、為保衛(wèi)人類共同的家園——地球而奮斗的時代。相信分離工程將會在新世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)進步中起更大作用，取得更輝煌的成就。

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第三篇：現(xiàn)代化工技術(shù)論文

現(xiàn)代化工技術(shù)論文

班級：化學(xué)工程與工藝1104班

學(xué)號：120110815

姓名：孫思明

現(xiàn)代化工企業(yè)三廢治理技術(shù)及其展望

——造紙廢水治理技術(shù)及其展望

摘 要

廢紙的回收具有良好的經(jīng)濟和社會效益，但廢紙造紙產(chǎn)生的廢水也會對環(huán)境造成污染。因此，為了使其產(chǎn)生的廢水達標(biāo)排放，應(yīng)采用合理的處理技術(shù)。本文對廢紙造紙廢水污染特性、目前比較成熟的處理技術(shù)及零排放清潔生產(chǎn)工藝進行總結(jié)，并對廢紙造紙?zhí)幚砑夹g(shù)的進一步發(fā)展提出建議。

關(guān)鍵詞：造紙廢水，廢水處理 引言

造紙廢水具有污染物種類多、色度高、COD高和排放量大等特點。廢水中含有大量的有機物質(zhì)、懸浮物、致癌、致畸、致突變的有毒有害物質(zhì)等，若不經(jīng)有效處理而直接排放，將對人類的生存環(huán)境和自然界的生態(tài)平衡造成嚴(yán)重的破壞。制漿造紙廢水中或多或少含有木素降解產(chǎn)物及其衍生物包括氯化苯酚類CPs)和五氯苯酚類(PCP)等對環(huán)境有著重大影響且已被美國EPA[1]和歐盟決議2455/2001/EC[2]列為首要污染物的持久性有機物它們都對環(huán)境有著嚴(yán)重的污染。造紙廢水對水生生物不僅具有明顯的急性和亞急性毒性而且具有遺傳毒性和潛在的致癌性能對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害甚至通過食物鏈危及人體健康 [3]。紙漿造紙廢水特點

廢紙造紙廢水主要產(chǎn)生于脫墨、洗滌、凈化篩選、濃縮和抄紙系統(tǒng)。其廢水的特性與原料結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)設(shè)備、工藝過程、產(chǎn)品品種、水資源及用水水質(zhì)等因素有關(guān)，廢水中含有的污染物主要有4類[4]：還原性物質(zhì)，如木素、無機鹽等；可生物降解物質(zhì)，為半纖維素、樹脂酸、低分子糖、醇、有機酸和腐性物質(zhì)等；懸浮物，如細(xì)小纖維、無機填料等；色素類：如油墨、染料和木素等。不同廢紙種類及不同制漿方法所產(chǎn)生的污染物總量不同[5]，非脫墨再生紙廠廢水的CODCr濃度為800~1500mg·L-

1、BOD5濃度150~350mg·L-

1、TSS濃度為900~1200mg·L-1；脫墨再生紙廠廢水的CODCr濃度為200mg·L-

1、BOD5濃度為300~900mg·L-

1、TSS濃度為500~1500mg·L-1；另外，在一些使用次氯酸鈉漂白廢紙漿的廢水中還發(fā)現(xiàn)有三氯甲烷，所以廢紙造紙廢水具有一定的毒性。

總結(jié)其主要特點如下：

（1）污染物濃度高。尤其是制漿生產(chǎn)線廢水，含有大量的原料溶出物和化學(xué)添加劑，其BOD5濃度甚至高達104mg/L以上

（2）難降解有機物成分多，可生化性差。木素、纖維素類等物質(zhì)采用活性污泥法難以降解。

（3）廢水成分復(fù)雜。除原料溶出物外，有的還含有硫化物、油墨、絮凝劑等對生化處理不利的化學(xué)品。

（4）廢水流量和負(fù)荷波動幅度大，并伴有纖維、化學(xué)品溢泄。在有多條生產(chǎn)線的工廠這種現(xiàn)象更明顯。水量和負(fù)荷波動對生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行非常不利[6,7]。

廢紙造紙廢水處理技術(shù)

目前廢紙造紙廢水的處理方法有物理法、化學(xué)法、生物法和物理化學(xué)法，實際應(yīng)用的工藝往往是幾種方法組合而成。但由于廢紙來源、產(chǎn)品用途及生產(chǎn)工藝各異，廢水水質(zhì)差異較大，因此廢紙造紙廠廢水的處理也必須根據(jù)各企業(yè)廢水水質(zhì)的特點進行設(shè)計。

3.1 物理處理方法

通過物理作用來清除廢水中的污染物稱為物理處理法

物理處理法主要有氣浮法過濾法和擠壓法等。目前，在我國用得最多、效果較好的氣浮法是淺層氣浮法。其氣浮進水器為一圓形槽，有效水深只有420mm。進水配水器和出水集水器為同時旋轉(zhuǎn)的行走架，進水和出水的流速相同，這樣就使槽體內(nèi)的水體相對靜止，水流速度為零，避免了水流擾動，固體物的懸浮和沉降在靜態(tài)下垂直進行，極大地提高凈水效率廢水在凈水器中的停留時間約3min，表面負(fù)荷達到10m3/（m2?h）溶氣裝置是一溶氣管，其溶氣機理是盡量使水流擾動，減少液膜阻力，以增大氣液接觸面積。

在結(jié)構(gòu)上改變了進氣方式，以提供能實現(xiàn)更大進流密度的結(jié)構(gòu)。溶氣時間約為l0s過流密度達到2200-2700m3/（m2?h）。廣州造紙有限公司采用CQJ型超效淺層氣浮凈水器處理新聞紙機白水。結(jié)果表明，在混凝劑PAC和絮凝劑PAM用量分別為400 mg/L和10-15 mg/L及氣浮器入口SS為3234.0 mg/L、CODCr為3716.9 mg/L 時，SS和CODCr去除率分別為98.5和81.8。每臺處理量5760m3/d，回收白水4930 m3/d16。從這些數(shù)據(jù)可看出，淺層氣浮處理造紙白水具有效率高、投資少及運行可靠的特點，是一種高效的廢水處理設(shè)施。德國曾有人用簡易的圓盤和低能耗的壓力設(shè)備過濾凈化紙廠中的循環(huán)用水；在壓力容器中緩慢旋轉(zhuǎn)的圓盤和過濾層可使細(xì)小纖維分離，再用其他特殊裝置在質(zhì)量控制范圍內(nèi)將3種物質(zhì)和1種廢料分離開來[8]。一般來說，物理法只能去除廢水中的大顆粒物質(zhì)，如進一步凈化廢水，還需更深度的處理。

3.2 化學(xué)處理法

化學(xué)處理法主要是利用化學(xué)反應(yīng)、轉(zhuǎn)化、分離和回收處理廢水中的污染物質(zhì)。

（1）臭氧氧化法

吳憶寧等的實驗表明臭氧可以將造紙廢水中部分有機物質(zhì)氧化為CO2和H2O；廢水處理中，分別選定2、5、6、8、10、15和20min等與臭氧接觸不同時間并控制不同的臭氧投加量，結(jié)果表明，隨著臭氧投加量的增加COD去除率和廢水可生化性均增加[9]易封萍采用臭氧-混凝法處理造紙廢水CODCr懸浮物（SS）等主要污染物去除率均高達99%以上，各項指標(biāo)超過一級排放標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)完全可以回收利用[10]。

（2）光催化氧化法

光催化氧化法是在特殊的光照射條件下發(fā)生的有機物參與的氧化分解反應(yīng)，最終把有機物分解成無毒物質(zhì)的處理方法。銳鈦型的TiO2在紫外光的照射下能產(chǎn)生氧化性極強的羧基自由基，對所有的有機物幾乎都氧化為CO2和H2O，且除凈度高，降解速度快，無二次污染。用水解法制得的納米級TiO2具有巨大的表面積和更強的紫外光吸收能力，因而具有更強的光催化降解能力，可快速將吸附在其表面的有機物分解掉，比普通的 TiO2的降解率高40%。實驗發(fā)現(xiàn)：CDD（2-氯代二惡英）在2h內(nèi)降解了98.3%，DCDD（2，3-二氯代二惡英）PeCDD（1，2，3，7，8-五氯代二惡英）和OCDD（八氯代二惡英）在4h內(nèi)分別降解了87.2%、84.6%和91.23%。生物法

4.1 好氧法

好氧法主要包括活性污泥法和生物膜法等兩種方法。

（1）性污泥法。SBR活性污泥廢水處理制裝造紙SBR(Sequencing Batch Reactor)即序批式反應(yīng)器，是一種間歇式活性污泥處理系統(tǒng)，它已經(jīng)成為一種簡單可靠、經(jīng)濟有效和多功能的生化處理工藝，普通活性污泥法的BOD和懸浮物去除率都很高，達到90～95%左右，COD去除率達到80％以上。

（2）生物膜法。胡維超采用浸沒式膜生物反應(yīng)器S-MB。進行了造紙廢水的中試處理試驗，結(jié)果表明

COD去除率高達95%。

4.2 厭氧法

厭氧生物處理技術(shù)是對普遍存在于自然界的微生物過程的人為控制與強化技術(shù)，是處理有機污染和廢水的有效手段。造紙廢水含大量有機物及難降解物質(zhì)，適宜用厭氧法進行預(yù)處理。IC反應(yīng)器是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的第三代高效厭氧反應(yīng)器，它具有處理量大，投資少，處理效率高，抗沖擊能力強，能耗低，占地省等優(yōu)點，擁有良好的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景，通過采用強制外循環(huán)IC反應(yīng)器完成了造紙廢水的啟動研究，其COD去除率維持在73%-75%之間，其應(yīng)用范圍已成為廢水厭氧生物處理的熱點之一。

4.3 酶處理法

吳香波等研究了白腐菌采絨革蓋菌Coriolusversicolor漆酶對木素聚合的影響，在有氧條件下，通過添加漆酶和少量ABTS介體到水樣中，用紫外分光光度計測定了其中木素濃度變化，利用凝膠色譜法分析了酶催化聚合木素前后的分子量的變化，結(jié)果表明：酶處理6h以后，廢水中木素濃度從93.1mg/L下降到17.2mg/L，酶處理2h以后，從造紙廠污水分離的木素的分子量從31251上升到58610，造紙廢水中木素及其衍生物被聚合后通過絮凝沉淀除去，從而實現(xiàn)廢水色度與COD降低，進而為造紙廢水回用提供可能。

4.4 土地處理法及污灌

土地處理法具有投資少。運行費用低。耗能少及處理效果高的特點[11]。張洪芬等根據(jù)扎龍自然保護區(qū)獨特的地理、地質(zhì)條件、研究采用土壤滲濾法處理排入濕地的造紙廢水，并從技術(shù)和實踐分析的角度對該地淺表部亞黏土滲濾的穩(wěn)定性及可行性進行了探討；結(jié)果表明，保護區(qū)地表層的亞黏土對造紙廢水中各項污染物均有較好的去除效果，其CODCr、BOD5、Cr6+、NH4+-N及TP的去除率分別達到了70%、84、90%、78%及80%以上[12]。江蘇雙燈紙業(yè)有限公司利用穩(wěn)定塘和葦田系統(tǒng)，對堿法稻草制漿造紙廢水作深度處理；穩(wěn)定塘出水CODCr去除率為70.5%，出水再灌溉蘆葦，在葦田內(nèi)廢水進一步降解，同時又因蒸發(fā)、蒸騰而實現(xiàn)了封閉循環(huán)[13]。寶雞隴縣東南造紙廠采用物理化學(xué)法-生物塘-人工濕地聯(lián)合技術(shù)處理制漿造紙廢水，實踐證明，此工藝經(jīng)濟合理，同時具有先進性和實用性[14]。余永東等介紹了地表漫流-地表流濕地工藝在處理廢紙造紙生產(chǎn)廢水中的應(yīng)用；在進CODCr、SS濃度分別為454.18mg/L、369.28 mg/L時出水濃度分別達到34.72 mg/L和21mg/L二者去除率分別達到92.4%和94.3%[15]。

三、結(jié)束語

造紙廢水成分復(fù)雜, 污染物多種多樣, 各造紙企業(yè)有各自最佳的治理方法, 但不能期望只用一種方法就達到處理的目的, 往往需要幾種方法組成一個處理系統(tǒng), 才能完成所要求的處理功效。隨著技術(shù)的進步, 人們也會解決傳統(tǒng)技術(shù)中出現(xiàn)的問題, 新技術(shù)也越來越多地被運用, 最終達到實現(xiàn)減少或者消除廢水對環(huán)境的污染。目前清潔生產(chǎn)和零排放技術(shù)是適應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保的最佳技術(shù), 也是最為理想的工藝和未來的發(fā)展趨勢。

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第四篇：食品分離技術(shù)

食品分離技術(shù)的現(xiàn)狀及研究進展 分離操作在食品工業(yè)中的作用

隨著食品工業(yè)的發(fā)展，化工單元操作不斷向食品工業(yè)滲透并在食品加工領(lǐng)域內(nèi)實踐和提高，形成了適應(yīng)食品加工特殊要求的新的單元操作。由于食品加工所用的動植物性原料幾乎都為固態(tài)和液態(tài)，為了使固體和液體原料成為多種美味可口、營養(yǎng)豐富的食品，首先必須提取其精華，揚棄其糟粕，分離出不同成分并組合成不同種類的制品。同時為了做到有益無毒，風(fēng)味別致，又必須反復(fù)提純和精制。因此分離操作已在食品工業(yè)中占有相當(dāng)重要的地位，研究分離技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用，對食品加工的科學(xué)化具有重要意義[1]。

食品分離技術(shù)在食品工業(yè)中具有相當(dāng)重要的地位。其重要性表為以下幾個方面:(1)食品分離技術(shù)是食品工業(yè)的基礎(chǔ)[2]。絕大多數(shù)食品工業(yè)都分離不開食品分離技術(shù)，其中不少行業(yè)都是以分離工程為主要生產(chǎn)工序的。例如植物油的提取，淀粉的分離，糖制品的分離以及精練提純等等。(2)食品分離技術(shù)能提高食品原料的綜合利用程度。在食品加工工程中運用分離技術(shù)可以有效的利用食品原料中的各種成分，提高原料的綜合利用程度，就提高了食品原料的利用價值。例如采用有效的分離方法可以從茶葉下腳料中分離出茶多酚、茶堿等，從柑橙中分離甘橙油、果膠等，使原料利用率大為增值。制糖行業(yè)中色譜分離技術(shù)的應(yīng)用使得產(chǎn)糖率大大提高。(3)食品分離技術(shù)能保持和改進食品的營養(yǎng)和風(fēng)味。采用現(xiàn)代分離技術(shù)可以將一些需在高溫下完成的工藝改為在常溫下進行，這樣就可以大大地改善食品的色、香、味及營養(yǎng)。如用膜分離技術(shù)代替常規(guī)的蒸發(fā)濃縮和真空濃縮咖啡、果汁、茶汁等[3-4]。

(4)食品分離技術(shù)使產(chǎn)品符合食品衛(wèi)生要求。食品分離技術(shù)包括提取原料中的有益組分和去除其中的有害成分。如花生、玉米等油制品易受黃曲霉污染而產(chǎn)生黃曲霉素，所以在加工過程中必須用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵淙コ＃?）現(xiàn)代食品分離技術(shù)能改變食品行業(yè)的生產(chǎn)面貌?，F(xiàn)代分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用，往往可以使行業(yè)的生產(chǎn)面貌大為改觀。例如過去利用太陽能將海水濃縮后結(jié)晶制食鹽，如今利用食品分離技術(shù)制食鹽，使得整個行業(yè)生產(chǎn)面貌大大改觀。2 食品工業(yè)中的分離操作方法

分離技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用，并且與我們的日常生活息息相關(guān)，同時分離機技術(shù)也在不斷促進其它學(xué)科的發(fā)展[5]。由于采用了有效的分離技術(shù)，能夠分離和提純較純的物質(zhì)，大大的推進了化學(xué)學(xué)科的發(fā)展。又由于各種層析技術(shù)、超離心技術(shù)和電泳技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使生物化學(xué)等生命科學(xué)得到了迅猛的發(fā)展。

分離操作包括機械分離和傳質(zhì)分離兩大類，機械分離是指被分離的混合物由多于一相的物料所組成，分離設(shè)備只是簡單地將混合物進行相分離，它屬于非均相物系的分離，如沉降，過濾等。另一種分離操作是指依靠組分的擴散和傳質(zhì)來完成的分離過程，故又稱擴散分離或傳質(zhì)分離[6]。如蒸餾，吸收，萃取或膜分離等，適用于多組分均相混合物的分離以及非均相混合物的分離[7]。3 傳統(tǒng)的機械分離技術(shù)

在食品工業(yè)中，經(jīng)常會遇到需要將懸浮液或乳濁液中的兩相加以分離。即全部或部分地將這種非均相系的分散介質(zhì)和分散質(zhì)相分開。如奶油的制取，葡萄糖品體食品的獲得，以及澄清果蔬汁的制取都是兩相分離結(jié)果。3.1過濾

過濾過程是指分散介質(zhì)相對于分散質(zhì)的遷移過程。過濾操作的基本原理是利用一種能將懸浮固體微粒截留而使液體自由通過的多孔介質(zhì)，達到懸浮液中固體與液體分離的目的。此多孔介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)。因此過濾只適用于懸浮液。

過濾設(shè)備在食品工業(yè)上的應(yīng)用非常廣泛:(1)作為一般固一液系的分離手段:如蔗掂榨汁中會有許多固形雜質(zhì)，除用澄清法外還須過濾精制。在食用油的浸取與精煉上，用板框壓濾機，箱式壓濾機和加壓葉濾機等設(shè)備可除去種子碎片和組織細(xì)胞，還可用于油類脫色后濾去漂白土等[8];(2)作為澄清設(shè)備:如對啤酒，葡萄酒，果汁，搪漿等用陶質(zhì)管濾機進行過濾澄清。如制品含有極細(xì)固體微?；虺誓z泥狀，則過濾時一般以預(yù)授形式應(yīng)用助濾劑或?qū)⒅鸀V劑加人漿液中混合后再送人過濾機進行過濾;(3)用過濾法除去微生物:管濾機常用于葡萄酒、啤酒和果汁的過濾以降低微生物的數(shù)目。3.2沉降

沉降過程是分散質(zhì)相對于分散介質(zhì)的相對遷移過程。在重力場中:使混合物中密度不同的兩相獲得分離的操作，稱重力沉降。根據(jù)分散質(zhì)集態(tài)的不同，可分為懸浮液沉降和乳濁液沉降。

實現(xiàn)重力沉降分離的設(shè)備稱為沉降器，按操作方式可分為間歇式，半連續(xù)式和連續(xù)式，無論是何種方式的沉降器，其生產(chǎn)能力Q都取決于沉降面積和沉降速度的乘積，而與沉降器的高度無關(guān)。故現(xiàn)代化的沉降器的結(jié)構(gòu)特點都是截面大，高度低[9]。

沉降在食品工業(yè)中的應(yīng)用主要有三個方面：(1)以澄清為目的。如果汁、酒類等制品的澄清處理以除去懸浮液中的混濁雜質(zhì)。(2)以增稠為目的。如淀粉制造，首先利用沉降達到懸浮液的沉淀增濃。(3)以分級或分離為目的利用同一物質(zhì)的粒徑或不同物質(zhì)粒子的密度不同而使它們得到分離故沉降也是食品加工的常見手段。4 新型的分離技術(shù)

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展導(dǎo)致了對分離技術(shù)的要求越來越高，分離的難度也越來越大[10]。特別是隨著各種天然資源的不斷開采使用，含有用物質(zhì)的資源逐步減少，迫使人們從含量較少的資源中去分離、提取有用物質(zhì)。所有這些，促進了分離技術(shù)的不斷發(fā)展，舊的分離方法不斷改進完善，新的分離方法不斷發(fā)現(xiàn)，如近幾十年來發(fā)展起來的一些新型傳質(zhì)分離技術(shù)，如膜分離技術(shù)，超臨界萃取技術(shù)及泡沫吸附分離技術(shù)等已引起了食品工業(yè)界的重視并已嶄露頭角[11]。4.1 膜分離技術(shù)

反滲透、超濾、微濾、電滲析這四大過程在技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)成熟，已有大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，形成了相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，有許多商品化的產(chǎn)品可供不同用途使用[12]。（1）反滲透是利用反滲透膜(一般為均質(zhì)膜或表面致密的復(fù)合膜)選擇地透過溶劑的性質(zhì)，對溶液施加壓力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過膜而從溶質(zhì)中分離出來的過程，這種技術(shù)可用于海水淡化、果蔬汁的濃縮、茶葉抽提液的濃縮等[13]。

（2）超濾應(yīng)用孔徑為10一ZOOA的超濾膜來過濾含有大分子或微細(xì)粒子的溶液，使之從溶液中分離的過程。與反滲透不同的是小分子溶質(zhì)與溶劑一起通過超濾膜[14]。這種分離過程可用于果蔬汁的濃縮和澄清、天然色素和食品添加劑的分離和濃縮、奶的分離和濃縮、酒和醋的澄清與提純等。

（3）微濾以孔徑小于10四的多孔膜過濾含有微粒的溶液將微粒從溶液中除去?？捎糜谑程堑木?、澄清、過濾及啤酒的冷過濾除菌等。

（4）實質(zhì)上，電滲析可以說是一種除鹽技術(shù)，因為各種不同的水（包括天然水、自來水、工業(yè)廢水）中都有一定量的鹽分，而組成這些鹽的陰、陽離子在直流電場的作用下會分別向相反方向的電極移動[15]。如果在一個電滲析器中插入陰、陽離子交換膜各一個，由于離子交換膜具有選擇透過性，即陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，陰離子交換膜只允許陰離子以通過，這樣在兩個膜的中間隔室中，鹽的濃度就會因為離子的定向遷移而降低，而靠近電極的兩個隔室則分別為陰、陽離子的濃縮室，最后在中間的淡化室內(nèi)達到脫鹽的目的。

膜分離共同的優(yōu)點是：①節(jié)約能源；②在常溫下進行，特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理，能夠防止食品品質(zhì)的惡化和營養(yǎng)成分及香味物質(zhì)的損失；③ 食品的色澤變化小，能保持食品的自然狀態(tài)；④設(shè)備體積小且構(gòu)造簡單，費用較低，效率較高；⑤適用范圍廣，有機物和無機物都可濃縮，可用于分離、濃縮、純化、澄清等工藝。

膜分離的缺點是：①產(chǎn)品被濃縮的程度有限；②有時其適用范圍受到限制，因加工溫度、食品成分、pH、膜的耐藥性、膜的耐溶劑性等的不同，有時不能使用分離膜；③ 規(guī)模經(jīng)濟的優(yōu)勢較低，一般需與其他工藝相結(jié)合[16]。

由于膜分離過程不需要加熱，可防止熱敏物質(zhì)失活、雜茵污染，無相變，集分離、濃縮、提純、殺菌為一體，分離效果高，操作簡單、費用低，特別適合食品工業(yè)的應(yīng)用[17]。4.2 超臨界萃取技術(shù)

超臨界萃取是利用超臨界流體這種在臨界點附近具有特殊性能的物質(zhì)作為溶劑進行萃取的一種分離方法。超臨界流體是指超過臨界溫度與臨界壓力的氣體[18]。如果某種氣體處于臨界溫度以上，無論壓力多高，也不能液化，仍然是氣體，這時稱此氣體是超臨界流體。超臨界流體具有這樣的物理性質(zhì):其密度與液體較接近，粘度和自擴散能力卻接近于氣體。因此超臨界流體對液體、固體物質(zhì)的溶解度與液體溶劑相接近，且在臨界點附近，壓力和溫度的微小變化會引起其溶解能力的極大變化[19]。利用超臨界流體的這些特性，通過改變溫度或壓力可在近臨界點附近實現(xiàn)萃取劑與待分離物質(zhì)的分離。

(1)由于在臨界點附近，流體溫度或壓力的微小變化會引起溶解能力的極大變化，這種極強的選擇性對分離溶解度相接近的兩種成分非常有利，且萃取后溶劑與溶質(zhì)的分離很容易。

(2)由于超臨界流體具有與液體相接近的溶解能力，同時它又保持了氣體所具有的傳遞性，這種具有液體與氣體雙重性能的流體能使傳質(zhì)很快地達到平衡，有利于高效分離的實現(xiàn)。

(3)超臨界流體如CO2(Tc=31.1℃，Pc=7.38Mp)適合于食品工業(yè)中一些熱敏性物質(zhì)的萃取。

當(dāng)然，超臨界萃取的缺點是設(shè)備和操作都要求在高壓下進行，設(shè)備投資費用高。在食品工業(yè)方面，利用超臨界萃取技術(shù)可從咖啡豆和茶葉中脫除咖啡因，還可用于提取啤酒花中的有用成分及從煙草中脫除尼古丁等。超臨界流體萃取技術(shù)作為一種新的分離技術(shù)，正越來越受到人們的重視，將在各個領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用[20]。4.3 泡沫吸附分離技術(shù)

泡沫分離是根據(jù)表面吸附的原理，借助鼓泡使溶液中的表面活性物質(zhì)聚集在氣-液界面，隨氣泡上浮至溶液主體上方，形成泡沫層，將泡沫和液相主體分開，從而達到濃縮表面活性物質(zhì)（在泡沫層），凈化液相主體的目的。從液相主體中濃縮分離的既可以是表面活性物質(zhì)，也可以是能與表面活性物質(zhì)相互親和的任何溶質(zhì)，比如金屬陽離子、蛋白質(zhì)、酶、染料等等。另外，一些固體粒子（沉淀微?；虻V石小顆粒），也可以被表面活性物質(zhì)吸附，從溶液中分離出來。

泡沫吸附分離技術(shù)是近幾十年發(fā)展比較快的的新興分離技術(shù)，通常把凡是利用氣體在溶液中鼓泡，以達到分離或濃縮的這類方法，總稱為泡沫分離技術(shù)[21]。泡沫分離必須具備兩個基本條件，首先，所需分離的溶質(zhì)應(yīng)該是表面活性物質(zhì)，或者是可以和某些活性物質(zhì)相絡(luò)合的物質(zhì)，它們都可以吸附在氣-液界面上；其次，富集質(zhì)在分離過程中借助氣泡與液相主體分離，并在塔頂富集。因此，它的傳質(zhì)過程在鼓泡區(qū)中是在液相主體和氣泡表面之間進行，在泡沫區(qū)中是在氣泡表面和間隙液之間進行。所以，表面化學(xué)和泡沫本身的結(jié)構(gòu)和特征是泡沫分離的基礎(chǔ)[22]。

隨著人們對環(huán)境污染的日益重視，要求治理污染的呼聲越來越高，政府對企業(yè)污染的控制也越來越嚴(yán)格，泡沫分離技術(shù)作為一種新興的分離技術(shù)，越來越受到人們廣泛的關(guān)注，它的優(yōu)點就在于適合低濃度的分離回收，能在很低濃度下十分有效地除去表面活性物質(zhì)；設(shè)備簡單，投資少、能耗小，并且操作方便。5 分離技術(shù)的展望

目前，各種新型分離技術(shù)比傳統(tǒng)分離法已有了突破性進展，這對于進一步提純功能性食品成分，開發(fā)功能性產(chǎn)品，更大限度地發(fā)揮銀杏資源優(yōu)勢具有推動作用。隨著高精度、高靈敏度分析技術(shù)的應(yīng)用，天然產(chǎn)物活性成分的提取純化和結(jié)構(gòu)鑒定尤其是在產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了更為廣闊的前景，同時這也促進了植物有效物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、藥理、藥效等方面的深入研究。銀杏葉加工集成優(yōu)化工藝的探究，微量天然產(chǎn)物成分的高效快速高純分離和鑒定的集成系統(tǒng)技術(shù)的建立，都將提高銀杏葉及其特色藥用資源的利用率，有利于實現(xiàn)資源優(yōu)勢向技術(shù)優(yōu)勢的轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益[23]。分離操作在食品加工中占有非常重要的地位。分離技術(shù)的發(fā)展方興未艾，研究掌握各種分離技術(shù)的原理和技術(shù)，尤其是一些新叮的傳質(zhì)分離技術(shù)可以提高現(xiàn)有的分離技術(shù)冰平，是一項非常重要的工作，對食品加工的科學(xué)化具有重要的意義。

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第五篇：分子分離技術(shù)

目錄

摘要................................................1 關(guān)鍵詞..............................................1 1 前言..............................................1 2 傳統(tǒng)分離方法......................................2 3 現(xiàn)代分離方法......................................3 3.1 色譜方法.......................................................................................3 3.2 電泳技術(shù)及其它...........................................................................6 展望..............................................8 參考文獻............................................9

生物大分子分離技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

姓名：陳紹勇

學(xué)號：20124016016

專業(yè)：動物學(xué) 摘要: 生物大分子包括多肽、酶、蛋白質(zhì)、核酸(DNA 和RNA)以及多糖等。生物大分子分離技術(shù)是生命科學(xué)研究中的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)前, 各學(xué)科之間的交叉滲透為生物大分子分離技術(shù)的發(fā)展提供了更多的契機。對以沉淀、透析、超濾和溶劑萃取為代表的傳統(tǒng)分離技術(shù), 以及色譜, 電泳等現(xiàn)代分離技術(shù)的發(fā)展概況、原理、特點及應(yīng)用進行了綜述。并結(jié)合生命科學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀, 展望了生物大分子分離技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞: 生物大分子,傳統(tǒng)分離方法,現(xiàn)代分離方法 1 前言

生物大分子包括多肽、酶、蛋白質(zhì)、核酸(DNA和RNA)以及多糖等。生命科學(xué)的發(fā)展給生物大分子分離技術(shù)提出了新的要求。各種生化、分子研究都要求得到純的, 以及結(jié)構(gòu)和活性完整的生物大分子樣品, 這就使得其分離技術(shù)在各項研究中起著舉足輕重的作用。對生物大分子分離技術(shù)的研究和開發(fā)也就應(yīng)運而生。而且隨著各學(xué)科之間的交叉滲透, 材料化學(xué)、自動化技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展也為生物大分子分離技術(shù)的發(fā)展提供了更多的契機。生物大分子的制備具有如下主要特點: 生物材料的組成極其復(fù)雜;許多生物大分子在生物材料中的含量極微, 分離純化的步驟繁多, 流程長;許多生物大分子一旦離開了生物體內(nèi)的環(huán)境就極易失活(因此分離過程中如何防止其失活, 就是生物大分子提取制備最困難之處);生物大分子的制備幾乎都是在溶液中進行的, 溫度、pH 值、離子 強度等各種參數(shù)對溶液中各種組成的綜合影響, 很難準(zhǔn)確估計和判斷[1]。這些都要求生物大分子的分離技術(shù)以此為依據(jù), 突破這些難點, 優(yōu)化分離程序, 以獲得符合要求的生物大分子樣品。傳統(tǒng)分離方法

常用的傳統(tǒng)生物大分子分離方法有沉淀、透析、超濾和溶劑萃取等。它們都是一些較早就建立起來的分離方法, 至今仍然被廣泛應(yīng)用。如在蛋白質(zhì)領(lǐng)域, 應(yīng)用鹽析法使蛋白質(zhì)沉淀出來已有80 多年的歷史。其突出的優(yōu)點是成本低, 不需要特別昂貴的設(shè)備;操作簡單、安全;對許多生物活性物質(zhì)具有穩(wěn)定作用[2]。該法雖然分辨能力不高,但在粗級分離中仍然被經(jīng)常采用。有機溶劑沉淀法也是較早使用的沉淀方法之一。有機溶劑對于許多蛋白質(zhì)、核酸、多糖和小分子生化物質(zhì)都能產(chǎn)生沉淀作用。其引起沉淀的主要原因在于改變介質(zhì)的介電常數(shù), 以及類似鹽析的爭奪水化水現(xiàn)象[2]。等電點沉淀法利用具有不同等電點的兩性電解質(zhì), 在達到電中性時溶解度最低, 易發(fā)生沉淀, 從而實現(xiàn)分離的方法。氨基酸、蛋白質(zhì)、酶和核酸都是兩性電解質(zhì), 可以利用此法進行初步的沉淀分離, 此法主要用于在分離純化流程中去除雜蛋白[3], 而不用于沉淀目的物。非離子型多聚物是20 世紀(jì)60 年代發(fā)展起來的一類重要的沉淀劑, 它們具有很強的親水性和較大的溶解度, 在溶液中可通過空間位置排斥作用使生物大分子、病毒和細(xì)菌等聚集沉淀。該法溫和的操作條件和較高的沉淀效能, 使得其經(jīng)常被用于細(xì)菌、病毒、核酸和蛋白質(zhì)的分離, 其中應(yīng)用最多的多聚物是聚乙二醇[4,5]。

自Thomas Graham 1861 年發(fā)明透析方法至今已有140 多年, 透析已 成為生物化學(xué)實驗中最簡便最常用的分離純化技術(shù)之一, 在生物大分子的制備過程中, 除鹽、少量有機溶劑、生物小分子雜質(zhì)和濃縮樣品等都要用到透析的技術(shù), 同時半透膜的材料也更加多樣化、透析方式也更加豐富。超濾是一種加壓膜分離技術(shù), 自20 世紀(jì)20 年代問世后, 直至60 年代以來其發(fā)展迅速, 很快由實驗室規(guī)模的分離手段發(fā)展成重要的工業(yè)單元操作技術(shù)[6]。超濾作為一種高效分離技術(shù), 廣泛用于含有各種小分子溶質(zhì)的各種生物大分子的脫鹽、濃縮和分級分離。溶劑萃取法(是用一種溶劑將產(chǎn)物自另一種溶劑(如水)中提取出來, 以達到濃縮和提純的目的)是20世紀(jì)40 年代興起的一項化工分離技術(shù), 并很快應(yīng)用到了生物分子的提取和分離上。最初是用于抗生素、有機酸、維生素等生物小分子的提取。最近幾十年來隨著與其它技術(shù)的結(jié)合而產(chǎn)生了一系列新的分離技術(shù), 如逆膠束萃取、超臨界萃取、液膜萃取等, 可以用于生物大分子如核酸、蛋白質(zhì)、多肽等的提取和精制。現(xiàn)代分離方法 3.1 色譜方法

1903 年俄國植物學(xué)家Tswett, 在一填有碳酸鈣的玻璃柱中注入用石油醚萃取的植物色素, 在室溫下展層, 得到不同的色素區(qū)帶, 后來稱之為色譜[7]。色譜分離又稱層析。最初, 層析技術(shù)并未得到關(guān)注。20 世紀(jì)50 年代, 氣液層析得到發(fā)展, 并在石油、化工、制藥等領(lǐng)域得到應(yīng)用。到60 年代, 由于開發(fā)出適用于生物物質(zhì)分離純化的層析固定相, 層析技術(shù)才被用于生物物質(zhì)的分離純化并得到迅速發(fā)展[7]。至今, 已有豐富的色譜技術(shù)被用于生物大分子的分離。液相色譜法是分析化學(xué)中發(fā)展最快, 應(yīng)用最廣的分析方法, 它在許多領(lǐng)域成為必不可少的手段,其中高效液相色譜(high performance liquid chromatography,HPLC)更是以其獨特的優(yōu)點占據(jù)突出地位。HPLC 用于生物化學(xué)樣品分析始于20 世紀(jì)70年代中期, 80 年代針對生命科學(xué)領(lǐng)域分離和制備而設(shè)計的生物色譜填料為HPLC 在生命科學(xué)研究領(lǐng)域的地位奠定了堅實的基礎(chǔ);90 年代, 隨著生物醫(yī)藥研究與開發(fā)的迅速發(fā)展, 各種類型的高通量及手性色譜柱紛紛出現(xiàn)[8]。HPLC 是目前最通用、最有力和最多能的層析形式, 在生物大分子的分離分析中,HPLC 分離模式主要有反相色譜（RPC), 空間排阻色譜(SEC), 離子交換色譜(IEC), 疏水作用色譜(HIC), 親和色譜(AC)等。反相液相色譜柱效高、分離能力強、重復(fù)性好、操作簡便、保留機理清楚, 是液相色譜分離模式中使用最為廣泛的一種。它與多數(shù)其它形式的層析不同之處在于固定相基本上是惰性的, 固定相與被分離物之間只可能有疏水作用。它吸引人的地方在于流動相的小小變化, 例如加入鹽, 改變pH 或有機溶劑的量就能成功地影響分離特性。它在20 世紀(jì)50 年代就已用于許多有機小分子的分離和分析,80 年代后逐步應(yīng)用于生物大分子如蛋白質(zhì)、多肽、核酸的鑒定,并用于制備規(guī)模的分離[8]。半個世紀(jì)前, 隨著交聯(lián)聚苯乙烯的出現(xiàn)和發(fā)展, 離子交換色譜成為一種重要的分離工具。離子交換色譜的填料及含鹽的緩沖流動相系統(tǒng)類似于蛋白質(zhì)穩(wěn)定存在的生理條件, 有利于保持生物分子的活性和構(gòu)象。因此, 它在解決生物學(xué)中許多難于分離的問題上起到了重大作用。隨著HPLC 的飛速發(fā)展, 以及各種新型離子交換材料的出現(xiàn), 離子交換色譜在氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、有機酸、糖類及藥物等方面的應(yīng)用越來越廣。空間排阻色譜所用 的固定相是具有一定孔徑范圍的多孔性物質(zhì)凝膠, 是按溶質(zhì)分子大小進行分離的色譜技術(shù), 又稱尺寸排阻色譜或凝膠色譜。按流動相類型不同分為凝膠滲透色譜和凝膠過濾色譜。十多年來該法在凝膠制備, 儀器技術(shù)性能, 數(shù)據(jù)處理和理論研究上取得的進展, 促進了該技術(shù)在許多領(lǐng)域的應(yīng)用。親和層析是60 年代發(fā)展起來的一種高效、快速的分離純化技術(shù)。它是一種利用生物大分子能夠通過范德華力、疏水力、空間和靜電相互作用,與配體特異、可逆地結(jié)合在一起的生物學(xué)特性, 從復(fù)雜的生物樣品中分離得到目標(biāo)產(chǎn)物的液相色譜技術(shù)。親和層析容量大, 選擇性強, 分離效率高, 且對目標(biāo)產(chǎn)物的生物活性起到一定的保護作用, 最先被用于酶的純化, 現(xiàn)在已廣泛地用于核苷酸、核酸、免疫球蛋白、膜受體、細(xì)胞器甚至完整細(xì)胞的純化[3]。科學(xué)的發(fā)展使得分離分析的對象越來越復(fù)雜,從而提高了對分離分析技術(shù)的要求, 促進了各種新技術(shù)的發(fā)展。二維液相分離方法, 二維液相分離/ 質(zhì)譜分析方法等多種自動化二維系統(tǒng)均得到了開發(fā)利用, 如Lundell 和Markides采用離子交換和反相色譜二維液相模式分離了復(fù)雜生物樣品中的肽;Bushey 和Jorgenson設(shè)計了用陽離子交換和體積排除分離模式的自動化二維系統(tǒng)等。HPLC 與光譜或波譜技術(shù)的在線聯(lián)用也成為了解決復(fù)雜樣品體系的有力手段。目前最常用最有效的是高效液相色譜-質(zhì)譜(mass spectroscopy, MS)聯(lián)用技術(shù), 高效液相色譜-核磁共振(nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR)等也在研究開發(fā)中。與此同時,快速分離技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展, 在20 世紀(jì)70 和80 年代需要1h 分離的樣品現(xiàn)在可能只要幾分鐘甚至幾秒鐘即可完成, 有關(guān)快速HPLC 及其應(yīng)用也多有報道, 如Unger 等最早 采用緩沖溶液鹽濃度梯度, 以4mL/min 流速在2.5min 內(nèi)分離了8 種蛋白質(zhì)。近年來, 隨著生物技術(shù)和醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展, 傳統(tǒng)的分離手段已經(jīng)不能滿足對大量樣品高純度分離的要求, 液相制備色譜的發(fā)展研究為解決實際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題帶來希望。20 世紀(jì)70 年代初開發(fā)出的模擬移動床色譜具備分離能力強,設(shè)備體積小,投資成本低, 便于實現(xiàn)自動控制并特別有利于分離熱敏性及難以分離的物系等優(yōu)點, 在制備色譜技術(shù)中最適含用于進行連續(xù)性大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn), 其應(yīng)用范圍也不斷擴大, 已出現(xiàn)采用該技術(shù)分離氨基酸、單克隆抗體和蛋白質(zhì)的研究[17]。超臨界流體色譜(supercritical fluid chromatography,(SFC)是以超臨界流體(supercritical fluid, SF)作為流動相的一種新穎的色譜技術(shù), 具有分析速度快、選擇性好、分離效率高、分析條件溫和等優(yōu)點,可分析氣相色譜不宜分析的高沸點、高分子量、低揮發(fā)性和熱不穩(wěn)定試樣, 又比高效液相色譜有更快的分析速度和更高的柱效。自60 年代起逐漸出現(xiàn)一些有關(guān)該技術(shù)的研究報道。超臨界流體色譜應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛, 可用于分離分析熱敏性物質(zhì)、非揮發(fā)性高分子、生物大分子、極性物質(zhì)和手性對映體等。目前, SFC 與MS、FT-IR(fourier transform infraredspectrometer, 傅里葉變換紅外光譜儀)、NMR等聯(lián)用技術(shù)也逐漸得到開發(fā)。

3.2 電泳技術(shù)及其它

電泳現(xiàn)象于1808 年被發(fā)現(xiàn), 在1937 年由瑞典科學(xué)家Tiselius A 首次將其作為一種分離技術(shù)所應(yīng)用。隨著電泳支持物的改進, 電泳條件的完善,區(qū)帶電泳、等電聚焦電泳、雙向電泳等技術(shù)逐漸建立起來。同時, 在 電泳模式上也有了極大的發(fā)展, 先后出現(xiàn)了圓盤電泳、垂直板電泳、脈沖電泳等, 電泳分辨率也隨之得到提高。1956 年Smithies 和Poulik最早引入雙向電泳技術(shù), 他們將紙電泳和淀粉凝膠電泳結(jié)合起來分離血清蛋白, 隨后雙向電泳技術(shù)得到很快的發(fā)展。目前所應(yīng)用的雙向電泳體系由O’Farrell 等于1975 年發(fā)明, 第一向為等電聚焦電泳, 第二向為變性聚丙烯酰胺凝膠電泳。這是目前唯一能將數(shù)千種蛋白質(zhì)同時分離與展示的分離技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展對開展“蛋白質(zhì)組”的研究具有重要意義。同時,針對雙向電泳技術(shù)的某些缺陷, 相應(yīng)的改進技術(shù)也得以應(yīng)用, 如窄范圍pH 膠條的使用, 膠上差示電泳(differential in-gel electrophoresis, DIGE)技術(shù)。然而, 由于蛋白質(zhì)二維凝膠分離、染色體轉(zhuǎn)移等環(huán)節(jié)操作困難, 且十分費時, 已被公認(rèn)為是蛋白質(zhì)組研究的技術(shù)“瓶頸”。因此, 發(fā)展快速、高效、高通量、在線的分離監(jiān)督方法已成為蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重大科學(xué)問題之一。誰率先取得突破, 誰將占據(jù)蛋白質(zhì)組學(xué)研究的有利地位。毛細(xì)管電泳(capillary electrophoresis, CE)是20世紀(jì)80 年代初期迅速發(fā)展起來的一種新型分離分析技術(shù), 是經(jīng)典電泳技術(shù)和現(xiàn)代微柱分離有機結(jié)合的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的分離方法相比, CE 具有分離效率高、分析速度快、樣品及試劑用量少等特點, 使其成為極為有效的分離技術(shù), 廣泛應(yīng)用于分離蛋白質(zhì)、糖類、核酸等多種物質(zhì)。目前, 不同分離模式的毛細(xì)管電泳技術(shù)已成為最重要的生物樣品分離分析手段, 如毛細(xì)管區(qū)帶電泳、毛細(xì)管膠束電動色譜、毛細(xì)管凝膠電泳、毛細(xì)管等速電泳、毛細(xì)管等電聚焦等。近來, 許多有關(guān)多維毛細(xì)管電泳分離技術(shù)的設(shè)想已被提出, 有些還得到了初步的嘗試, 其分離的優(yōu)勢也 得到人們的關(guān)注[9]。毛細(xì)管電色譜(CEC)是利用電滲流或電滲流結(jié)合壓力來推動流動相移動的一種液相色譜分離法。它集CE 和HPLC的優(yōu)勢與一身, 既有CE 水平的高柱效, 同時還具有HPLC 的高選擇性。近年來其應(yīng)用已引起廣泛關(guān)注。目前, 毛細(xì)管電色譜的研究主要側(cè)重于方法本身的完善和發(fā)展, 以及與質(zhì)譜等定性分析技術(shù)聯(lián)用的研究開發(fā)。微流控芯片于20 世紀(jì)90 年代初由瑞士的Manz 和Widmer 提出, 它是通過微細(xì)加工技術(shù)將微通道、微泵、微閥、微儲液器、微電極、微檢測元件窗口和連接器等功能元件像集成電路一樣, 使它們集成在芯片材料上的微全分析系統(tǒng)。近10 年來,隨著微制造技術(shù)和電子技術(shù)的不斷進步, 微流控芯片得到了迅速的發(fā)展, 并成為生物樣品分離分析的重要手段和研究熱點, 先后出現(xiàn)了毛細(xì)管電泳芯片、毛細(xì)管電色譜芯片、樣品制備和分離的集成系統(tǒng)等。展望

生命科學(xué)的發(fā)展決定了追求高效、快速、高通量、集成化的生物樣品分離分析方法必將成為未來的發(fā)展方向。分子生物學(xué)中一個眾所周知的事實是蛋白質(zhì)生物活性和功能多是在溶液中顯現(xiàn)的, 因此液相色譜的強大功能使得其在生命科學(xué)及其它領(lǐng)域的重要地位不會動搖, 面對復(fù)雜體系的分離任務(wù), 它仍在不斷完善發(fā)展。芯片系統(tǒng)將不斷發(fā)展建立更多的實用體系, 開發(fā)更廣泛的應(yīng)用價值。多通道毛細(xì)管電色譜儀器也將被開發(fā)。對超臨界流體性質(zhì)的認(rèn)識深入, 將推動超臨界流體色譜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。各種分離模式相結(jié)合構(gòu)成的多維分離方法也將得到進一步的研究開發(fā), 以實現(xiàn)將一根色譜柱上未分開的組分在另一根柱上用不同的 分離原理加以完全分離。各種分離設(shè)備將與光譜、波譜這類提供結(jié)構(gòu)信息的儀器進行在線連接, 建立起更多的聯(lián)用方式, 以實現(xiàn)分離, 定性定量分析一體化。

隨著生物技術(shù)成果的不斷積累和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進程的不斷推進, 生物制品的分離與純化技術(shù)已成為實現(xiàn)生物高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵, 在理論和技術(shù)研究上都得到了長足的發(fā)展。發(fā)展層析柱和凝膠過濾柱的放大技術(shù), 大規(guī)模分離過程的自動控制,下游工程的集成優(yōu)化技術(shù)等成為工業(yè)化生產(chǎn)中的關(guān)鍵。液相色譜是工業(yè)生產(chǎn)上常用的有效方法,而模擬移動床色譜和徑向色譜等將在生物工程領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。在研究和完善一些適用于生化工程的新型分離技術(shù)的同時, 進行各種分離技術(shù)的高效集成化, 可以達到提高產(chǎn)品收率、降低過程能耗和增加生產(chǎn)效益的目標(biāo)。在這個各學(xué)科快速發(fā)展, 并相互影響的時代,生物大分子分離技術(shù)必將不斷的推陳出新, 以更加方便、高效、快捷的方式應(yīng)用于科研和生產(chǎn)領(lǐng)域。參考文獻

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