精细化工中绿色分离技术的应用研究

精细化工中绿色分离技术的应用研究

迟艳艳

山东福尔有限公司 山东 龙口 265700

摘要：介绍了超临界流体萃取、膜分离、树脂吸附、微波萃取等分离技术的原理、特点以及在精细化工方面的应用。
关键词：超临界流体萃取 膜分离 树脂吸附 微波萃取 绿色化工 精细化工
1前言
绿色化学是当今国际化学化工研究的前沿，它吸收了当代化学、物理、生物、材料、信息等科学的最新成果和技术，从根本上来减少或消除化学产品的设计、生产和应用中有害物质的使用与产生，使所研究开发的化学产品和工艺过程更加环境友好。绿色化学的12条原则为：防止污染优于污染的治理；提高合成反应的“原子经济性”；在合成过程中，尽可能不使用和不产生对人体健康和环境有害的物质；设计安全的化学品；使用无毒、无害的溶剂和助剂；合理使用和节约资源；尽可能减少不必要的衍生步骤；采用高选择性的催化剂；设计可降解的化学品；防止污染的快速检测和监控；防止事故和隐患的安全生产工艺。
分离是化工生产过程中关键技术，是获得高质量、高纯度化工产品的重要手段。开发工业规模的组分分离，特别是不稳定化合物及功能性物质的绿色高效分离技术，对精细化工产品的开发与生产至关重要。由于化工分离技术的应用领域十分广泛，决定了分离技术的多样性。按机理划分，大致可分成5类：(1)生成新相以进行分离(如蒸馏、结晶)；(2)加入新相进行分离(如萃取、吸收)；(3)用隔离物进行分离(如膜分离)；(4)用固体试剂进行分离(如吸附、离子交换)；(5)用外力场和梯度进行分离(如离心萃取分离和电泳等)。
超临界流体萃取、膜分离、树脂吸附、微波萃取等分离技术是近年来发展迅速的几种主要绿色分离技术。
2绿色分离技术
2.1超临界流体萃取

超临界流体萃取的原理是在超l临界状态下，将超临界流体与待萃取的物质接触，利用SCF的高渗透性、高扩散性和高溶解能力，对萃取物中的目标组分进行选择性提取，然后借助减压、升温的方法，使SCF变为普通气体，被萃取物质则基本或完全排出，从而达到分离提纯的目的。超临界流体常用的有N₂、Ar、Xe、H₂0、CO₂和丙烷等，但以CO₂研究最多也最常用。超临界流体SF-CO₂的萃取流程示意如下：

超临界流体萃取按操作条件可分为低压SCF萃取、高压SCF萃取、使用夹带剂或改性剂的SCF萃取。超临界流体与萃出物即溶质的分离方法有三种：恒温减压溶质与气体分离；恒压升温溶质与气体分离；吸附分离：在分离器中加入吸附剂吸附不需要的溶质后，萃取物的目标产物与气体分离。
影响萃取效率的因素除萃取物的特性外，主要决定于超临界流体的温度、压力及改性剂的种类和含量。一般而言，增大压力可提高SF的浓度，有利于萃取，升高温度可提高溶质的溶解度，有利于溶质的扩散。对于动态萃取，SF的流量增大，萃取率提高，对于静态萃取，则萃取率随时间的延长而提高。
超临界流体技术具有许多传统技术所没有的快速、高效、低能耗、污染少等优点,而且超临界流体无毒，不燃，不污染环境。与传统提取方法相比。超临界流体萃取法最大的优点是可以在近常温的条件下提取分离，有利于热敏性物质和易氧化物质的萃取，而且几乎保留产品中全部有效成分，产物没有有机溶剂残留，产品纯度高，操作简单、节能。因此，在化学工业、医药工业、香料食品工业及能源工业等领域都得到工业化应用。
2.2膜分离技术

膜分离过程是指在一定的传质推动力下，利用膜对不同物质的透过性差异，对混合物进行分离的过程。不同膜过程具有不同的机理，适用于不同的对象和要求。但有其共同点，如过程一般较简单，经济性较好，往往没有相变，分离系数较大，节能、高效，元二次污染，可在常温下连续操作，可专一配膜等。膜分离过程的特点及膜材料见表1所示。膜分离过程作为一门新型的分离、浓缩、提纯技术。已成为解决当代能源、资源和环境污染的重要高新技术手段。膜分离技术已在海水淡化、纯水制备、液一液分离、浓缩、提纯、工业废水处理方面取得了较大规模的应用。由于膜过程特别适用于热敏性物质的处理，在食品加工、医药、精细化工等领域也有独特的适应性。国内各相关专业技术公司在环氧乙烷，乙二醇装置上采用气体膜分离技术，有效回收工艺循环气排放中的乙烯，从而提高了资源的利用效率，减少污染，实现了清洁生产。

表1 膜分离过程的特点及膜材料

2.3树脂吸附技术

吸附树脂是一种人工合成的具有多孔网状结构和表面活性的材料．是在离子交换剂和其它吸附剂应用基础上发展起来的一类新型树脂。树脂吸附的原理是利用吸附树脂和被吸附的分子(吸附质)之间的范德华引力，通过它巨大的比表面进行物理吸附而工作的。主要通过调节交联度、单体种类和选择适宜的制孔剂等来调节控制树脂的孔容、孔径、孔型、孔径分布、比表面等从而达到选择性吸附某种物质的目的。
吸附树脂可以从水溶液、混合有机溶液或混合气体中选择吸附净化各种有机化合物，具有高效节能、操作工艺简单、经济效益好等优点。树脂吸附技术已应用于制药及天然植物中活性成分如皂甙、黄酮、内脂、生物碱等大分子化合物的提取分离；苯、氯苯、苯酚、苯胺、水杨酸、萘磺酚等苯环结构的有机物吸附与回收等。

2.4微波萃取

微波萃取的基本原理是微波直接与被分离物作用，微波的激活作用导致样品基体内不同成分的反应差异使被萃取物与基体快速分离，进入溶剂中。微波萃取时，不同的基体，所使用的溶剂不同。
影响微波萃取的主要因素是萃取溶剂、萃取时间、萃取温度以及试样中水分或湿度。微波萃取有如下特点：(1)选择性。极性较大的分子可获得较多的微波能，因而运动速度较快。利用这一性质可选择性地提取一些极性成分；(2)快速。被加热的样品往往放在微波透明且为热的不良导体的容器中，所以微波不需要加热容器而直接加热样品，使样品迅速升温；(3)加热均匀。若微波场是均匀的，样品受热也是均匀的；(4)高效。微波萃取具有设备简单、使用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节省试剂、污染小的优点，在医药精细化工提取分离中得到了广泛应用。

3结语

绿色分离技术以其环境友好的特征越来越受到精细化工专业的重视。随着“走新型工业化道路”战略决策的不断实施，绿色分离技术必将在精细化工的发展中得到更广泛的应用。
参考文献：
[1]贡长生，单自兴，等．绿色精细化工导论[M]．化学工业出版社．2005，7：166-175．
[2]陈玲芳，等．膜分离技术在精细化工中的应用[J]．精细与专用化学品．2015，13(17)：111-113.
[3]任建新．膜分离技术及其应用[M]．化学工业出版社．2003，1：104．