第一篇:現(xiàn)代化工技術(shù)論文
現(xiàn)代化工技術(shù)論文
班級:化學工程與工藝1104班
學號: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)生的廢水達標排放,應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品。
(4)廢水流量和負荷波動幅度大,并伴有纖維、化學品溢泄。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、化學法、生物法和物理化學法,實際應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 化學處理法
化學處理法主要是利用化學反應、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,各項指標超過一級排放標準,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,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處理。IC反應器是在UASB反應器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的第三代高效厭氧反應器,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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第二篇:化工開發(fā)技術(shù)論文
納米材料在化工行業(yè)中的應用
摘要:納米材料是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng),其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等,納米材料具有的獨特的物理和化學性質(zhì),使人們意識到它的發(fā)展可能給物理、化學、材料、生物、醫(yī)藥等學科的研究帶來新的機遇。它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應用,并顯示出它的獨特魅力。納米材料的應用前景十分廣闊。關(guān)鍵詞:納米材料 化工領(lǐng)域 應用
納米材料(又稱超細微粒、超細粉未)是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料,也不同于單個的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等,擁有一系列新穎的物理和化學特性,在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價值。納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學性質(zhì)等方面的誘人特征,引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后,世界各國對這種材料給予極大關(guān)注。它所具有的獨特的物理和化學性質(zhì),使人們意識到它的發(fā)展可能給物理、化學、材料、生物、醫(yī)藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來,它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應用,并顯示出它的獨特魅力。1.在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用,它可以控制反應時間、提高反應速率和反應速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低,而且其制備是憑經(jīng)驗進行,不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費,使經(jīng)濟效益難以提高,而且對環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多,為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑,可大大提高反應效率,控制反應速度,甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10—15倍。
納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑,特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒,可近似地看成是一個短路的微型電池,用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時,半導體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對。在電場作用下,電子與空穴分離,分別遷移到粒子表面的不同位置,與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。例如納米Ti02,既有較高的光催化活性,又能耐酸堿,對光穩(wěn)定,無毒,便宜易得,是制備負載型光催化劑的最佳選擇。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優(yōu)化反應路徑、提高反應速度方面的研究,是未來催化科學不可忽視的重要研究課題,很可能給催化在工業(yè)上的應用帶來革命性的變革。
光催化反應涉及到許多反應類型,如醇與烴的氧化,無機離子氧化還原,有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成,固氦反應,水凈化處理,水煤氣變換等,其中有些是多相催化難以實現(xiàn)的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO:,既有較高的光催化活性,又能耐酸堿,對光穩(wěn)定,無毒,便宜易得,是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道,選用硅膠為基質(zhì),制得了催化活性較高的Tj0/SiO:負載型光催化劑。N;或Cu—Zn化合物的納米穎粒,對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑,可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600。c降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優(yōu)化反應路徑、提高反應速度方面的研究,是未來催化科學不可忽視的重要研究課題,很可能給催化在工業(yè)上的應用帶來革命性的變革。2.納米材料在涂料方面的應用
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性,具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能,顯示出強大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當今世界關(guān)注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇,使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù),添加納米材料,可獲得納米復合體系涂層,實現(xiàn)功能的飛躍,使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性;功能涂層是賦予基體所不具備的性能,從而獲得傳統(tǒng)涂層沒有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層,抗氧化、耐熱、阻燃涂層,耐腐蝕、裝飾涂層等;功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學涂層,導電、絕緣、半導體特性的電學涂層,氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料,可進一步提高其防護能力,實現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等,在衛(wèi)生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層,可利用其光學特性,達到儲存太陽能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料,可以達到減少光的透射和熱傳遞效果,產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料,所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子,在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導電特性,因而能起到靜電屏蔽作用,而且氧化物納米微粒的顏色不同,這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色,克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變,還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中,將納米TiO:添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中,能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果,從而使傳統(tǒng)汽車面漆舊貌換新顏。納米Si0:是~種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO:,可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景,將為涂層技術(shù)帶來一場新的技術(shù)革命,也將推動復合材料的研究開發(fā)與應用。3.在其它精細化工方面的應用
精細化工是一個巨大的工業(yè)領(lǐng)域,產(chǎn)品數(shù)量繁多,用途廣泛,并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無疑也會給精細化工帶來福音,并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領(lǐng)域,納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米Si02,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米AI。O。,和SlO:,加入到普通橡膠中,可以提高橡膠的耐磨性和介電特性,而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料,可以提高塑料的強度和韌性,而且致密性和防水性也相應提高。國外已將納米SiO:,作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中,使其密封性和粘合性都大為提高。此外,納米材料在纖維改性、有機玻璃制造方面也都有很好的應用。在有機玻璃中加入經(jīng)過表面修飾處理的Sj0:,可使有機玻璃抗綮外線輻射而達到抗老化的目的;而加入A1:O。,不僅不影響玻璃的透明度,而且還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO:具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能,而且質(zhì)地細膩,無毒無臭,添加在化妝品中,可使化妝品的性能得到提高。超細TiO:的應用還可擴展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開發(fā)了用于食品包裝的TiO:及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米T;O:,能夠強烈吸收太陽光中的紫外線,產(chǎn)生很強的光化學活性,可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機污染物,具有除凈度高,無二次污染,適用性廣泛等優(yōu)點,在環(huán)保水處理中有著很好的應用前景。在環(huán)境科學領(lǐng)域,除了利用納米材料作為催化劑來處理工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢料外,還將出現(xiàn)功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學和生物制劑造成的污染,并能對這些制劑進行過濾,從而消除污染。4.納米材料在醫(yī)藥方面的應用
21世紀的健康科學,將以出入意料的速度向前發(fā)展,人們對藥物的需求越來越高??刂扑幬镝尫拧p少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療,已提到研究日程上來。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進入人體,可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織;使用納米技術(shù)的新型診斷儀器,只需檢測少量血液就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病,美國麻省理工學院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物,稱之為“定向?qū)棥薄T摷夹g(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物,注射到人體血管中,通過磁場導航輸送到病變部位,然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流動,因此可以用來檢查和治療身體各部位的病變。微粒和納粒作為給藥系統(tǒng),其制備材料的基本性質(zhì)是無毒、穩(wěn)定、有良好的生物性并且與藥物不發(fā)生化學反應。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。納米生物學用來研究在納米尺度上的生物過程,從而根據(jù)生物學原理發(fā)展分子應用工程。在金屬鐵的超細顆粒表面覆蓋一層厚為5~20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白質(zhì)特別是酶,從而控制生化反應。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學相結(jié)合,研究分子生物器件,利用納米傳感器,可以獲取細胞內(nèi)的生物信息,從而了解機體狀態(tài),深化人們對生理及病理的解釋。對納米微粒的臨床醫(yī)療以及放射性治療等方面的應用也進行了大量的研究工作。據(jù)《人民日報》報道,我國將納米技術(shù)應用于醫(yī)學領(lǐng)域獲得成功。南京??萍瘓F利用納米銀技術(shù)研制生產(chǎn)出醫(yī)用敷料——長效廣譜抗菌棉。這種抗茵棉的生產(chǎn)原理是通過納米技術(shù)將銀制成尺寸在納米級的超細小微粒,然后使之附著在棉織物上。銀具有預防潰爛和加速傷口愈合的作用,通過納米技術(shù)處理后的銀表面急劇增大,表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,殺菌能力提高200倍左右,對臨床常見的外科感染細菌都有較好的抑制作用。
結(jié)語
納米科學是一門將基礎(chǔ)科學和應用科學集于一體的新興科學,主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。2 l世紀將是納米技術(shù)的時代,為此,國家科委、中科院將納米技術(shù)定位為“2 l世紀最重要、最前沿的科學”。納米材料的應用涉及到各個領(lǐng)域,在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。納米科學技術(shù)的誕生,將對人類社會產(chǎn)生深遠的影響,并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題,特別是能源、人類健康和環(huán)境保護等重大問題。2l世紀初的主要任務是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學特性,設(shè)計出各種新型的材料和器件。通過納米材料科學技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性,增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品,目前已出現(xiàn)可喜的苗頭,具備了形成2l世紀經(jīng)濟新增長點的基礎(chǔ)。納米材料將成為材料科學領(lǐng)域一個大放異彩的明星展現(xiàn)在新材料、能源、信息等各個領(lǐng)域,發(fā)揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術(shù)的不斷發(fā)展,納米材料在精細化工和醫(yī)藥生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域會得到日益廣泛的應用。年全國石油總產(chǎn)量的29%,凈進口量的35%。每增加1000萬km3能源植物的種植與加工,相當于增加4500萬t石油的年生產(chǎn)能力,可見潛力之大。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)資源特點,可建設(shè)以甜商粱和林區(qū)廢棄物為主體的東北綠色油田、以旱生灌草和甜高梁為主體的西北綠色油田、以甜高梁為主體的華北綠色油田、以麻瘋樹和甜高粱為主體的西南綠色油田,以及以多種木本和草本能源植物為主體的東南綠色油田。較之進口,綠色油田安全穩(wěn)定,戰(zhàn)備性強,可以持續(xù),以及立足國內(nèi)和不受制于人和付出外交代價。
生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的工藝、設(shè)備和產(chǎn)業(yè)化方面,我國與發(fā)達國檢間有較大的差距,但在資源和某些技術(shù)研究上市有優(yōu)勢和令人鼓舞的,特別是“三農(nóng)”、能源和環(huán)境三股強勁需求的巨大拉力,使幾乎在同一起跑線上的這項國際競賽,中國有可能跑在最前面。當前最急需的是制定和實施一項推進我國生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的國家重大專項計劃,登高一呼,推動全局。
參考文獻:
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第三篇:《現(xiàn)代化工導論》論文題目
《現(xiàn)代化工導論》結(jié)課論文要求
(1)抽簽選定題目(2)獨立完成(3)論文要求
為綜述形式,字數(shù)在2000以上,參考文獻不少于4篇,不能整段和大篇幅的抄襲照搬。
(4)參考文獻:百度百科、維基百科、知網(wǎng)CNKI或維普(5)形式:題目、作者信息、摘要、關(guān)鍵詞、正文、參考文獻(6)提交時間:元月8日前
1、我國鉀肥的生產(chǎn)現(xiàn)狀
包括:資源類型、資源狀況、鉀肥的產(chǎn)品形式、主要生產(chǎn)方法和技術(shù)路線,今后發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:氯化鉀、硫酸鉀、鉀肥、生產(chǎn)工藝
2、海水淡化技術(shù)的進展。
包括,海水淡化技術(shù)的類型、各種工藝過程、和主要參數(shù)。我國發(fā)展海水淡化事業(yè)的進展和存在的問題。
關(guān)鍵詞:海水淡化、膜技術(shù)、低溫多效、生產(chǎn)工藝
3、海水化學資源利用的概況
關(guān)鍵詞:海水、化學資源、工藝原理、技術(shù)路線、海洋化工、鹵水
4、我國制鹽工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
關(guān)鍵詞:制鹽、鹽資源、鹽的用途、生產(chǎn)工藝、海鹽、井礦鹽、湖鹽
5、我國純堿工業(yè)歷史和現(xiàn)狀
關(guān)鍵詞:純堿、原料、生產(chǎn)原理、工藝過程、主要設(shè)備,經(jīng)濟效益分析
6、我國燒堿工業(yè)歷史和現(xiàn)狀
關(guān)鍵詞:燒堿、原料、生產(chǎn)原理、工藝過程、主要設(shè)備,經(jīng)濟效益分析
7、淺談多孔陶瓷膜
關(guān)鍵詞:陶瓷膜、應用、制備
8、現(xiàn)代合成氨工業(yè)的概況
關(guān)鍵詞:氨、合成氨、工藝原理、關(guān)鍵技術(shù)、主要設(shè)備,發(fā)展情況
9、淺談多元復合肥
關(guān)鍵詞:氮磷鉀,復合肥,復混肥,類型,生產(chǎn)原理,發(fā)展趨勢。
10、可用作鋰電池的鋰化合物及其生產(chǎn)方法
關(guān)鍵詞:鋰電池的工作原理,磷酸鐵鋰、鈷酸鋰,碳酸鋰、生產(chǎn)原料,生產(chǎn)方法
11、碳纖維材料的合成及其應用
關(guān)鍵詞:碳纖維材料,碳纖維特性,合成原理,生產(chǎn)過程,應用領(lǐng)域及應用方法
12、我國氯化鉀生產(chǎn)概述
關(guān)鍵詞:氯化鉀的應用、我國氯化鉀生產(chǎn)的資源分類,不同資源生產(chǎn)氯化鉀的原理、生產(chǎn)過程。
13、我國磷酸的生產(chǎn)概述
關(guān)鍵詞:磷礦資源概況、磷酸的生產(chǎn)原理、工藝過程、磷酸的主要衍生化學品及其生產(chǎn)過程。
14、淺談溫室氣體處置技術(shù)進展
關(guān)鍵詞:二氧化碳、用途、采集貯藏技術(shù),今后的發(fā)展
15、淺談從石油到PVC的產(chǎn)業(yè)鏈條
關(guān)鍵詞:石油、乙烯、PVC、聚氯乙烯、氯氣資源與生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈條
16、淺談從原油到聚丙乙烯的生產(chǎn)過程
關(guān)鍵詞:天然氣、乙烯、聚氯乙烯、氯氣資源與生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈條
17、淺談從天然氣到聚氯乙烯的產(chǎn)業(yè)鏈條
關(guān)鍵詞:原油、乙烯、聚丙乙烯,生產(chǎn)原理、工藝過程,18、淺談從煤到聚氯乙烯的產(chǎn)業(yè)鏈條
關(guān)鍵詞:煤、電石、乙烯、聚氯乙烯、氯氣資源與生產(chǎn)、過程原理、相關(guān)產(chǎn)業(yè)
19、淺談從石油到乙二醇的生產(chǎn)過程
關(guān)鍵詞:石油、乙二醇、生產(chǎn)原理、生產(chǎn)工藝、主要設(shè)備 20、淺談從煤到柴油的生產(chǎn)過程
關(guān)鍵詞:煤、柴油、煤制油、生產(chǎn)原理,生產(chǎn)過程,發(fā)展情況
21、淺談從煤到汽油的生產(chǎn)過程
關(guān)鍵詞:煤、柴油、煤制油、生產(chǎn)原理,生產(chǎn)過程,發(fā)展情況
23、淺談高分子材料的阻燃劑
關(guān)鍵詞:高分子材料、阻燃劑、阻燃劑類型、作用原理
24、淺談清潔能源氫氣的工業(yè)化制備和氫氣的應用。關(guān)鍵詞:清潔能源、氫氣、制氫方法、儲氫材料、應用
25、淺談清潔能源氫氣儲存和應用。
關(guān)鍵詞:清潔能源、氫氣、儲存方法、儲氫材料、應用
26、淺談一碳化工
關(guān)鍵詞:一碳、甲烷、天然氣、一碳合成產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝。
27、淺談從天然氣到汽油的生產(chǎn)過程
關(guān)鍵詞:煤、柴油、煤制油、生產(chǎn)原理,生產(chǎn)過程,發(fā)展情況
28、淺談從石油到丙綸的生產(chǎn)
關(guān)鍵詞:石油、丙綸、合成纖維、生產(chǎn)原理、工藝過程。
29、淺談生物柴油的生產(chǎn)技術(shù)
關(guān)鍵詞:柴油、生物柴油、生產(chǎn)原理、工藝過程、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展方向。
29、一代和二代生物柴油生產(chǎn)技術(shù)進展
關(guān)鍵詞:柴油、一代生物柴油、二代生物柴油、生產(chǎn)原理、工藝過程、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展方向。
30、淺談高分子液晶
關(guān)鍵詞:高分子、液晶、液晶材料、特性、應用領(lǐng)域、生產(chǎn)技術(shù)
31、淺談我國鋰資源的開發(fā)和應用
關(guān)鍵詞:鋰、鋰資源、碳酸鋰、氯化鋰、生產(chǎn)原理、生產(chǎn)過程、應用前景
32、淺談環(huán)境友好涂料的生產(chǎn)
關(guān)鍵詞:涂料、環(huán)境友好、甲醛、生產(chǎn)工藝
33、丙烯酰胺生產(chǎn)的化工技術(shù)與生物技術(shù)
關(guān)鍵詞:丙烯酰胺、傳統(tǒng)生產(chǎn)方法、生物生產(chǎn)方法、原理和工藝過程
34、酒精的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及過程
關(guān)鍵詞:酒精、工業(yè)酒精、生產(chǎn)原理、工業(yè)過程、經(jīng)濟效益情況
35、淺談鉆井碎屑含油污泥的類型與處置
關(guān)鍵詞:石油鉆屑、含油污泥、處置方法、污泥固化、資源化、穩(wěn)定化
36、淺談綠色化學與化工
關(guān)鍵詞:綠色化學、綠色化學原理、典型綠色化工過程
37、淺談燃料電池
關(guān)鍵詞:燃料電池、工作原理、應用實例
38、淺談生物質(zhì)能源的開發(fā)現(xiàn)狀
關(guān)鍵詞:生物質(zhì)、生物質(zhì)能源、已有產(chǎn)品的生產(chǎn)原理、工藝過程、生產(chǎn)規(guī)模等
39、我國稀土資源狀況和開發(fā)情況
關(guān)鍵詞:稀土元素的概況、稀土資源的產(chǎn)品形式、我國的稀土資源的狀況和開發(fā)情況、舉例說明稀土的開發(fā)應用 40、乙二醇的應用及生產(chǎn)方法
關(guān)鍵詞:乙二醇的特性、工業(yè)應用,生產(chǎn)原理、工藝過程。
41、異丁烯的應用和生產(chǎn)方法
關(guān)鍵詞:異丁烯的應用、化學法生產(chǎn)過程、生物法生產(chǎn)過程。
42、異丁醇的應用和生產(chǎn)方法
關(guān)鍵詞:異丁醇的應用、化學法生產(chǎn)過程、生物法生產(chǎn)過程。
43、植物精油應用及提取工藝
關(guān)鍵詞:精油的化學組成、精油的生產(chǎn)原料、精油的生產(chǎn)過程、精油的使用
44、杜邦化學公司的生產(chǎn)概況,主要產(chǎn)品的過程工藝 企業(yè)的發(fā)展、主要產(chǎn)品、重點講清某一產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝
45、道化學公司的概況,主要產(chǎn)品的過程工藝。企業(yè)的發(fā)展、主要產(chǎn)品、重點講清某一產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝
第四篇: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科。1901年英國學者戴維斯[1]在其著作《化學工程手冊》中首先確定了分離操作的概念;1923年美國學者劉易斯和麥克亞當斯[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)的研究和應用從50年代以來也取得了重大的進展。展望新的世紀,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)反應過程的原料和反應所得到的產(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用。
圖1 分離過程的技術(shù)和應用成熟度[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)應用了200多年,從技術(shù)和應用的成熟程度考慮,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)學科的滲透、精餾學科本身的發(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。新世紀的分離技術(shù)及其展望
新世紀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)當接近超臨界壓力時,適當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,其可以廣泛應用于化工分離和反應過程中,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90年代以來的全面發(fā)展階段,以綠色化學、能源開發(fā)為理念的反應以及耦合分離等技術(shù)得到全面的研究和應用。超臨界流體由于具有綠色化學的特點,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、化學工業(yè)、能源工業(yè)等領(lǐng)域顯示出廣泛的應用前景。
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)被認為是20世紀末至21世紀中期最有發(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,促進可逆反應的進行,如脂化反應,這一課題前景光明。
液體膜,至今幾乎無大規(guī)模工業(yè)應用,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)還有膜反應器、酶膜反應器;具有催化活性的絡(luò)合金屬高分子膜、離子傳導膜;膜在醫(yī)療上的應用,如人工腎、反應-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。
而在反應過程中,采用反應-分離耦合技術(shù)可以及時將反應產(chǎn)物移除出反應體系,可以促進反應的進行,進一步提高反應的轉(zhuǎn)化率,具有十分重要的意義。陶昭才等[16]利用催化反應-蒸餾集成技術(shù)將Ti(0C4H9)4與PbO復配作為催化劑,對苯酚和DMC醋交換法反應蒸餾合成DPC進行了探索性研究。結(jié)果達到了預期效果,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-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過程,該復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)學模型計算式,為中空纖維膜基化學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)和應用。展望
21世紀是生物科學技術(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的科學技術(shù)進步中起更大作用,取得更輝煌的成就。
參考文獻
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第五篇:化工技術(shù)進展論文
0.0 前言
一個學期的化工技術(shù)進展學完了,在這門課程里,各個研究室的老師以講座的形式像我們介紹了他們從事的研究,包括智能粘彈性膠體束及應用、氫能技術(shù)、超臨界流體技術(shù)應用進展、高性能碳纖維的研發(fā)與應用進展、單分子膜及其應用等。這門課程使我對最新的化工技術(shù),以及這些新技術(shù)在實際生活生產(chǎn)中的應用有了一個全新的了解。比如方波老師做的智能粘彈性膠體,研究的就是膠體在特定作用下能夠反應出規(guī)律,在醫(yī)療方面有一定的應用。再比如說高性能的碳纖維,研究的就是新材料,這種材料比一般的碳纖維材料的韌性更強??偟膩碚f這些化工新技術(shù)主要圍繞節(jié)約能源和提高能源利用率。近年來,隨著人們環(huán)保意識不斷增強,綠色化工技術(shù)得到了廣泛應用。目前保護環(huán)境是我國一項基本國策,化工業(yè)作為我國國民的經(jīng)濟基礎(chǔ)和先導產(chǎn)業(yè),首當其沖該投入環(huán)境保護中來,如今綠色化工產(chǎn)品隨處可見,開發(fā)綠色化工技術(shù)與生產(chǎn)的應用前景越來越廣闊?;瘜W工業(yè)對環(huán)境的污染越來越引起人們的關(guān)注,人們已經(jīng)深刻認識到,化工生產(chǎn)造成環(huán)境污染的根本原因在于人們的環(huán)境社會意識和化工工藝的落后。在這種形勢下,人類要求得自身的生存與可持續(xù)發(fā)展,就必須綜合考慮環(huán)保、經(jīng)濟、社會以及化學工業(yè)本身發(fā)展的要求。
綠色化工技術(shù)的應用正在不斷增多,這些應用包括原料、溶劑、催化劑、多元醇等,及使用低能耗的工藝。發(fā)展環(huán)保型產(chǎn)品,采用先進技術(shù),實現(xiàn)清潔生產(chǎn),最大限度地降低三廢排放量。逐步淘汰落后的生產(chǎn)工業(yè),降低原材料消耗,增加節(jié)水措施,提高水的重復利用率等。加快化工廢水處理設(shè)備、藥劑、廢氣處理設(shè)備、排煙設(shè)備的系列化、成套化,以提高化工環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)和裝備水平。人類的自然資源是有限的,但智慧是無限,在生產(chǎn)化工產(chǎn)品時要考慮產(chǎn)品是否能夠具有可回收利用性、可處理性或可重新加工性能。例如近年來的有色涂料產(chǎn)品:傳統(tǒng)的涂料產(chǎn)品含有大量揮發(fā)性有機化合物(VOC),污染環(huán)境,危害人身健康。這些化工新技術(shù)的應用能夠使化學工業(yè)經(jīng)濟效益更高,環(huán)境污染更少,為社會科技進步做出了貢獻。
碳酸二甲酯的合成工藝
摘要:本文簡要介紹了碳酸二甲酯的基本性質(zhì),綜述了碳酸二甲酯的最新合成方法及其應用進展,并概述了碳酸二甲酯的資源化利用空間。
關(guān)鍵詞:碳酸二甲酯、合成、應用
1碳酸二甲酯的基本性質(zhì)
碳酸二甲酯Dimethyl carbonate或 DMC分子式CO(COCH3)相對分子量為90.08, 熔點4 ℃ 沸點90.11℃ 在常溫下是一種無色透明液體可燃微溶于水且能與水形成共沸物 可與醇 醚 酮等幾乎所有的有機溶劑混溶對金屬腐蝕很小由于DMC分子結(jié)構(gòu)中含有CH3O——、——CO——、——COOCH3等官能團,化學性質(zhì)非?;顫娋哂休^好的化學反應活性。DMC毒性很低是一種符合現(xiàn)代清潔工藝要求的環(huán)保型有機化工原料,是重要的有機合成中間體。通常情況,在甲基化和羰基化這一化工生產(chǎn)過程中采用的是硫酸二甲脂,(DSC)和光氣(COCl2)作為首選試劑在醫(yī)藥食品添加劑、農(nóng)藥 聚氨酯以及有機化工等行業(yè)具有廣泛用途但這兩種產(chǎn)品都有一定的毒性。在這種情況下,碳酸二甲酯的產(chǎn)生及應用解決了這一問題。另外碳酸二甲酯曾在歐洲被登記為非毒性化學品,是近年來受到世界各國廣泛關(guān)注的綠色環(huán)保型化工產(chǎn)品,DMC在涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、有機化工原料食品添加劑、抗氧化劑、汽油添加劑以及電子化學品等領(lǐng)域都有廣泛的應用。DMC市場前景廣闊應用潛能巨大,是化工領(lǐng)域有機合成的又一新突破[2]。碳酸二甲酯的制備方法
碳酸二甲酯的制備方法通常有光氣甲醇法、甲醇氧化羰基化法、二氧化碳直接氧化法、電化學合成法、酯交換法以及尿素醇解法。目前合成碳酸二甲酯主要有酯交換法和甲醇氧化羰基合成法等。
2.1 酯交換法
酯交換法是采用環(huán)氧乙烷C2H4O或環(huán)氧丙烷C3H6O與CO2發(fā)生反應生成碳酸乙烯酯C3H4O或碳酸丙烯酯C4H6O3,后與甲醇發(fā)生酯交換,得DMC與乙二醇或丙二醇。這種方法DMC收率較高,而且反應條件溫和,腐蝕性較低,反應過程幾乎無毒,易于工業(yè)化??墒牵@一反應為逆反應平衡趨向于環(huán)狀二醇酯一側(cè),故反應轉(zhuǎn)化率低。并存在單位容積的生產(chǎn)能力低,設(shè)備費用高以及能耗高等問題。因此在國內(nèi)應用生產(chǎn)規(guī)模較小。目前國內(nèi)許多企業(yè)采用催化反應精餾來完成這樣工藝,發(fā)現(xiàn)單程轉(zhuǎn)化率顯著提高,酯交換法過程中一般采用固體催化劑,均相反應體系內(nèi)采用的催化劑是可溶性堿金屬氫氧化物、醇鹽、草酸鹽和有機堿等,如氫氧化鈉、氫氧化鉀等。非均相反應體系內(nèi)采用的催化劑主要有堿土金屬硅酸鹽、分子篩以及離子交換樹脂等。
此外,酯交換法在當前的研究是采用甲醇CO
2、環(huán)氧烷烴為原料,直接合成 DMC,環(huán)氧烷烴在催化劑作用下開環(huán)生成中間產(chǎn)物,后經(jīng) CO2插入反應生成環(huán)狀碳酸酯,在催化劑作用下與甲醇酯交換生成 DMC。反應一步完成 該過程中催化劑的選擇與分離精制塔構(gòu)型和萃取劑的篩選也是一個重要的研究方向,旨在提高轉(zhuǎn)化率[7]。
2.2 光氣甲醇法
光氣甲醇法這一制備方法是DMC最早的合成方法,分如下兩步反應:
→ClCOOCH3 十 HCl
ClCOOCH3 十CH3OH →CH3OCOOCH3 十 HCI COCl2十CH3OH
光氣甲醇法是工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的主要方法,但原料光氣有劇毒,產(chǎn)品含有氯以及大量的氯化氫,工藝復雜,操作周期長,污染環(huán)境,因此限制發(fā)展及使用,除了一些生產(chǎn)光氣的企業(yè),也需在安全措施保證條件下才可采用這一工藝[3]。
2.3 甲醇氧化羰基化法
該技術(shù)以甲醇、CO和O2為原料,原料價廉易得,理論上甲醇全部轉(zhuǎn)化為碳酸二甲酯(DMC),無其他有機物生成,主要有液相、氣相和常壓非均相法三種。甲醇氧化羰基化法有液相法和氣相法兩種工藝路線,20世紀時期開發(fā)的液相法是在銅催化劑體系,氯化亞銅 作用下,在液相甲醇中通入氧氣或空氣和CO氣,含有催化劑的液相甲醇生成。
CuOCH3 C1,然后生成DMC和CuCl。2CuCl+2CH3OH+
1O22→2CuOCH3C1+H2O2 CuOCH3Cl+CO
→(CH3O)2CO+2CuCl 這一工藝成熟可靠,安全性較高,排出物不用嚴格的處理,且無劇毒化學品,設(shè)備簡單,投資較少,原料費用低。但缺點是設(shè)備腐蝕嚴重,產(chǎn)物催化劑分離困難 催化劑易失活等。
氣相法可分為甲醇間接氧化羰基化法和甲醇直接氧化羰基化法,其中間接法以鈀為催化劑,以亞硝酸甲酯為循環(huán)溶劑和中間體。1CO+O2+2CH3OH2→ DMC+H2O
這一方法成本低,產(chǎn)品質(zhì)量好,流程簡單,設(shè)備腐蝕問題得到一定程度的解決,而且催化劑的再生也得到了解決,單位容積生產(chǎn)能力是液相法的3倍。整個過程無固體原料,容易大型化。再生過程中生成的水可排放,水分和氧不會進入反應器中,避免了一系列副反應的發(fā)生和催化劑的氧化,產(chǎn)品產(chǎn)品的收率高,但是亞硝酸甲酯有毒,副產(chǎn)物中的草酸二甲酯易堵塞管道[6]。2.3.1 液相氧化羰基化法
該技術(shù)由意大利Ugo Romano等人在長期研究羰基化基礎(chǔ)上于1979年開發(fā)成功。1983年,由意大利Enichem Synthesis公司首先在Ravenna實現(xiàn)工業(yè)化,初始裝置規(guī)模5000噸/年,1988年擴產(chǎn)到8000噸/年,1993年進一步擴大到12000噸/年。1988年日本Dacail公司也采用此技術(shù)建成了6000噸/年的工業(yè)化裝置。除意大利埃尼公司外,世界上其他幾大化學公司如ICI、Texaco和Dow化學公司等也在競相開發(fā)此技術(shù)。我國化工部西南化工研究院在上世紀80年代中期也進行了液相法甲醇氧化羰基化技術(shù)的開發(fā),并取得階段性成果。液相工藝以意大利埃尼公司為代表,典型工藝包括甲醇氧化羰基化、DMC與甲醇的分離。該技術(shù)以氧化亞銅為催化劑,甲醇既為反應物又為溶劑,在淤漿反應器中反應,反應溫度100℃~130℃、壓力2.0~3.0MPa,甲醇、氧氣和氯化亞銅反應生成甲氧基氯 化亞銅,再與一氧化碳反應生成碳酸二甲酯(DMC)。其反應式如下: 2CH3OH+CO+1/2O2 ——→(CH3O)2CO+H2O
該工藝是在一系列連續(xù)攪拌反應釜中進行的,氧氣和一氧化碳壓縮至反應壓力后進入反應釜,同時向反應釜送入甲醇和催化劑,進行催化反應得到粗碳酸二甲酯,再經(jīng)過蒸餾可以得到工業(yè)級碳酸二甲酯。該方法甲醇的單程轉(zhuǎn)化率在32%左右,選擇性按甲醇計近100%,按CO計不穩(wěn)定,最高達到92%,最低僅60%。然而,該法設(shè)備腐蝕性大,催化劑壽命短。液相反應采用的催化劑有氯化亞銅、硒和鈀催化體系,其中以氯化亞銅催化體系實現(xiàn)了工業(yè)化[5]。2.3.2 氣相氧化羰基化法
由于液相氧化羰基化法存在設(shè)備腐蝕,催化劑易失活等缺點,1986年美國Dow化學公司開發(fā)了甲醇氣相氧化羰基化法技術(shù),其化學原理與液相法相同。該技術(shù)采用浸漬過甲氧基酮/吡啶絡(luò)合物的活性炭作催化劑,并加入KCl等助催化劑,含甲醇、CO和O2的氣態(tài)物流在通過裝填該催化劑的固定床反應器時合成碳酸二甲酯(DMC)。反應條件為100℃~150℃,壓力2.0MPa,氣相法避免了液相法的催化劑對設(shè)備腐蝕,而且具有催化劑易再生等優(yōu)點。另外,由于采用固定床反應器,在大型裝置上采用該技術(shù)比其他羰基化法有一定的優(yōu)勢[4]。2.4尿素和甲醇醇解法
采用尿素醇解法制備DMC是最近幾年開發(fā)的,一種新的工藝路線,用來源廣泛、價格低廉的尿素和甲醇做基本原料,采取催化精餾工藝在尿素醇解制備DMC的反應中,能夠有效地移去DMC,減少DMC在反應器中的聚集,副反應少,DMC產(chǎn)率高。從尿素和甲醇出發(fā)合成碳酸二甲酯的尿素醇解法一般可以分為間接法和直接法兩種路線??偡磻缦拢?NH2CONH2+2CH3OH→DMC+2NH3 尿素醇解法制備DMC工藝生產(chǎn)過程中無水生成,避免了甲醇-水-DMC共沸物的形成,后續(xù)分離提純更加簡單化。同時此生產(chǎn)過程為均相反應,所需催化劑活性高,選擇性高,壽命長,DMC的選擇性幾乎可以達到100%。反應后的催化劑可以再生,所得副產(chǎn)物氨氣,若和尿素聯(lián)產(chǎn),亦可循環(huán)使用,易實現(xiàn)工業(yè)化,降低生產(chǎn)成本,是一種可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型綠色化工合成工藝。該合成路線反應原料價廉易得而且無三廢產(chǎn)生,整個過程不使用或產(chǎn)生劇毒或強腐蝕性物質(zhì)。這種制備方法受到研究人士的廣泛關(guān)注并成為碳酸二甲酯合成技術(shù)新的研究焦點 是一種很有潛力的方法[15]。
2.5 二氧化碳和甲醇直接合成法
二氧化碳與甲醇直接合成制備DMC這一方法雖研究廣泛,但并未達到工業(yè)化所要求的程度。主要是由于CO2的活化較困難,反應的熱力學難以控制,催化劑易中毒。CO2和甲醇直接合成DMC反應中根據(jù)甲醇相態(tài)變化可以分為以下兩種:
2CH3OH(l)+CO2(g)→DMC(l)+H2O(l)2CH3OH(g)+CO2(g)→DMC(g)+H2O(g)在CO2和甲醇合成DMC的反應中,平衡常數(shù)和CO2的平衡轉(zhuǎn)化率都很小,設(shè)計催化工藝技術(shù)就是為了打破反應的化學平衡限制,使反應得以順利進行從而提高DMC收率。在近臨界或超臨界CO2壓力使得CO2既做溶劑,又直接參與反應。由CO2出發(fā)合成 DMC,可為化工及石化行業(yè)提供綠色產(chǎn)品,在合成化學、碳資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義;可使生產(chǎn)過程簡化,生產(chǎn)成本降低,將成為合成碳酸二甲酯的一條新的路徑。該路線尚處于實驗研究探索階段,主要集中在催化劑及工藝路線等方面,是一條經(jīng)濟綠色的工藝路線[12]。
3.碳酸二甲酯的應用
DMC作為一種重要的清潔有機化學試劑使用一方面可替代光氣、硫酸二甲酯、氯甲烷及氯甲酸甲酯等劇毒或致癌物進行羰基化、甲氧基化、甲酯化及酯交換等反應生成多種重要化工產(chǎn)品;一方面以DMC為原料可以開發(fā)制備多種高附加值的精細化學品,在醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料、燃料、潤滑油、添加劑、食品增香劑、電子化學品等領(lǐng)域都有廣泛的應用;更為重要的是,由于氧含量高、相容性好,可用作低毒溶劑和燃油添加劑[7]。3.1 農(nóng)藥產(chǎn)品的合成
國內(nèi)農(nóng)藥生產(chǎn)中,常用的甲基化試劑是硫酸二甲酯(dimeth y lsulfate,DMS)和鹵代甲烷;羰基化試劑是光氣。DMS和光氣都是劇毒、致癌性的物質(zhì),嚴重威脅生存環(huán)境?;遣蒽`是以碳酸二甲酯為原料生產(chǎn)合成的重要農(nóng)藥產(chǎn)品,它具有良好的殺蟲效果,也是我國農(nóng)藥出口市場上的主要產(chǎn)品之一。以碳酸二甲酯為原料生產(chǎn)的具有廣泛殺蟲效應的低毒農(nóng)藥產(chǎn)品-西維因,在我國已投資試驗生產(chǎn),既安全又清潔,將逐步取代被淘汰的光氣法和異氰酸酯法。3.2 聚碳酸酯
聚碳酸酯是重要的工程塑料,其應用開發(fā)是向高復合、高功能、專用化、系列化方向發(fā)展,目前已推出了光盤、箱體、包裝、醫(yī)藥、汽車、辦公設(shè)備、照明、薄膜等多種產(chǎn)品。實現(xiàn)工程塑料的綠色合成,已成為大幅提升碳酸二甲酯產(chǎn)品鏈競爭力的關(guān)鍵。一般的方法是以甲基氯為溶劑,使丙二酚與光氣進行反應,改進后的工藝是碳酸二甲酯與苯酚生成碳酸二苯酯,再與丙二酚在熔融狀態(tài)下進行酯交換,經(jīng)脫酚得到聚碳酸酯,避免了光氣的污染問題。3.3 提高汽油的辛烷值
近年來油價逐級攀升,急需開發(fā)增大辛烷值的添加劑,由于DMC具有高辛烷值在汽油中有良好的可溶性及抗水性,且具有低蒸汽壓及混合分配系數(shù),分子含氧量高達53% 是品質(zhì)極好的汽油添加劑。此外,DMC是更為有效的高含氧化合物,同摩爾的DMC比甲基叔丁基醚的含氧量高35%,且CO排放量較小。MTBE是用異丁烯為原料制造的,但是隨著 MTBE的大量使用,原料異丁烯將不能滿足供應。DMC少量添加于汽油中可明顯提高汽車排氣中的氧濃度,而且綠色環(huán)保,是一種可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型的有機產(chǎn)品,作為汽油添加 劑而日益受到重視[8]。
參考文獻
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