第6章-新型萃取分離技術(shù)

第6章新型萃取分離技術(shù)6.1超臨界流體萃取6.2雙水相萃取6.3凝膠萃取

6.4膜基溶劑萃取9/21/20231第6章新型萃取分離技術(shù)利用在兩個互不相溶的液相中各種組分（包括目的產(chǎn)物）溶解度的不同，從而達到分離的目的液-液萃取固-液萃取萃取9/21/20232第6章新型萃取分離技術(shù)常規(guī)液-液萃取是利用液液混合物各組分在另一溶劑中溶解度的差異而實現(xiàn)分離。A：溶質(zhì)；B：溶劑；S：萃取劑。9/21/20233第6章新型萃取分離技術(shù)Heavyphase雜質(zhì)溶質(zhì)原溶劑萃取劑Lightphase9/21/20234第6章新型萃取分離技術(shù)

溶劑的選擇性：萃取相內(nèi)A、B兩組分之比大于萃余相內(nèi)

A、B兩組分之比。9/21/20235第6章新型萃取分離技術(shù)9/21/20236第6章新型萃取分離技術(shù)完整的萃取過程：萃取-反萃取稀醋酸水溶液的分離9/21/20237第6章新型萃取分離技術(shù)兩相接觸方式微分接觸：塔式設(shè)備噴灑萃取塔振動篩板塔分級接觸：槽式設(shè)備混合沉降槽單級萃取多級錯流多級逆流9/21/20238第6章新型萃取分離技術(shù)液液組成的表示方法9/21/20239第6章新型萃取分離技術(shù)6.1超臨界流體萃取6.1.1基本概念超臨界流體萃取(SupercriticalF1uidExtraction)，也叫氣體萃取(GasExtraction)、流體萃取(F1uidExtraction)、稠密氣體萃取(DenseGasExtraction)、蒸餾萃取(Destraction)，或稱之為壓力流體萃取(PressureFluidExtraction)。是以超臨界條件下的流體為萃取劑，從液體或固體中萃取出特定成分，以達到某種分離目的的一種化工新技術(shù)。9/21/202310第6章新型萃取分離技術(shù)

超臨界流體（SCF）是溫度和壓力同時高于臨界值的流體，亦即壓縮到具有接近液體密度的氣體。

超臨界流體的密度和溶劑化能力接近液體，粘度和擴散系數(shù)接近氣體在臨界點附近流體的物理化學(xué)性質(zhì)隨溫度和壓力的變化極其敏感。萃取劑氣體高壓或高密度6.1超臨界流體萃取9/21/202311第6章新型萃取分離技術(shù)超臨界流體（SCF）兼有氣液兩重性的特點，它既有與氣體相當?shù)母邼B透能力和低的粘度，又兼有與液體相近的密度和對許多物質(zhì)優(yōu)良的溶解能力。相密度(g/ml)擴散系數(shù)(cm2/s)粘度(g/cm.s)氣體(G)10-3

10-1

10-4

超臨界流體(SCF)0.3～0.910-3～10-4

10-4～10-3

液體(L)110-5

10-2

氣體、液體與超臨界流體特性比較6.1超臨界流體萃取9/21/202312第6章新型萃取分離技術(shù)密度、黏度介于液體與氣體之間，擴散系數(shù)則高于液體一個數(shù)量級，黏度小于液體一個數(shù)量級。具有較高的密度值(0.3～0.9g/mL)，對大而不具揮發(fā)性分子有較好之溶解度。超臨界二氧化碳可溶解5～30個碳之正烷類。常溫下可揮發(fā)，適用于熱敏性物質(zhì)的萃取分離。廉價、無毒、無害。6.1超臨界流體萃取9/21/202313第6章新型萃取分離技術(shù)超臨界流體萃取特點：萃取劑在常壓和室溫下為氣體，萃取后易與萃余相和萃取組分分離。

T和P都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)操作溫度較低，適合天然物質(zhì)的分離樣品回收簡單6.1超臨界流體萃取9/21/202314第6章新型萃取分離技術(shù)應(yīng)

用食品工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)其他茶葉處理和脫咖啡因啤酒花有效成分、香料等的萃取從植物中提取抗癌藥物從油子中提取保健品金屬直接從固體和液體中提取出來聚合物混合物進行分離6.1超臨界流體萃取9/21/202315第6章新型萃取分離技術(shù)6.1.2超臨界流體及其性質(zhì)（1）超臨界流體的p-V-T性質(zhì)臨界點的概念可用臨界溫度和臨界壓力來解釋。臨界溫度是指高于此溫度時，無論加壓多大也不能使氣體液化。臨界壓力是指在臨界溫度下，液化氣體所需的壓力。6.1超臨界流體萃取9/21/202316第6章新型萃取分離技術(shù)當流體的溫度和壓力處于它的臨界溫度和臨界壓力以上時，稱該流體處于超臨界狀態(tài)。流體處于臨界溫度以上時，不能被液化，但是其密度隨壓力增高而增加。6.1超臨界流體萃取9/21/202317第6章新型萃取分離技術(shù)CO2的壓力-溫度-密度關(guān)系超臨界流體對液體或固體溶質(zhì)的溶解能力也將與液體溶劑相仿，因此，可進行萃取分離。精餾操作液相萃取和吸收超臨界萃取和色譜吸附分離9/21/202318第6章新型萃取分離技術(shù)很多物質(zhì)具有超臨界流體效應(yīng)，如書P193表7-1所示。CO2臨界溫度31.0℃臨界壓力7.39MPa臨界密度0.468g/cm3不燃、不爆、不腐蝕、無毒害化學(xué)穩(wěn)定性好、廉價易得極易與萃取產(chǎn)物分離對大多數(shù)溶質(zhì)具有較強的溶解能力，而對水的溶解度卻很小，有利于在近臨界或超臨界下萃取分離有機水溶液。6.1超臨界流體萃取9/21/202319第6章新型萃取分離技術(shù)超臨界流體的選擇原則化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對設(shè)備沒有腐蝕性，不與萃取物發(fā)生反應(yīng)。臨界溫度應(yīng)接近常溫或操作溫度操作溫度低于被萃取溶質(zhì)的分解變質(zhì)溫度臨界壓力低對被萃取物的選擇性高。純度高，溶解性好貨源充足，價格便宜，如果用于食品和醫(yī)藥工業(yè)，還應(yīng)考慮選擇無毒的氣體。6.1超臨界流體萃取9/21/202320第6章新型萃取分離技術(shù)6.1超臨界流體萃取常用萃取劑極性萃取劑非極性萃取劑乙醇、甲醇、水二氧化碳（難）（易）實際超臨界流體萃取的依據(jù)：由于超臨界流體的壓力降低或溫度升高所引起明顯的密度降低，使溶質(zhì)從超臨界流體中重新析出。9/21/202321第6章新型萃取分離技術(shù)p臨界區(qū)附近、最簡單體系液相不分層兩種化學(xué)性質(zhì)相似、分子尺寸差別不大的非極性或弱極性組分構(gòu)成。特點從Cα-Cβ形成連續(xù)的臨界軌跡曲線液相完全互溶6.1超臨界流體萃取9/21/202322第6章新型萃取分離技術(shù)pUCEP上臨界端點臨界軌跡曲線連續(xù)與I型差別溫度低時出現(xiàn)液-液部分互溶區(qū)具有上部臨界互溶溫度的液液平衡液液不互溶原因：混合物組分分子尺寸、極性差別變大。6.1超臨界流體萃取9/21/202323第6章新型萃取分離技術(shù)p兩組分間分子尺寸和極性差別進一步變大。從Cα-Cβ臨界軌跡曲線不再連續(xù)，有兩條分支。一條從易揮發(fā)組分Cβ

出發(fā)，至上臨界端點UCEP結(jié)束。一條從難揮發(fā)組分Cα出發(fā)，描繪出氣液臨界點軌跡，到達最低溫度后又上升，最后向很高壓力處延伸。乙烷-甲醇、CO2-CnH2n+2(n>12)甲烷-甲基環(huán)戊烷、甲烷-正己烷6.1超臨界流體萃取9/21/202324第6章新型萃取分離技術(shù)ppp6.1超臨界流體萃取9/21/202325第6章新型萃取分離技術(shù)pUCEP上臨界端點LCEP下臨界端點兩個液液互溶區(qū)。甲烷-正己烯、CO2-硝基苯環(huán)己烷-聚苯乙烯、苯-聚異丁烯p在低溫區(qū)不出現(xiàn)液液相分裂。乙烷-乙醇、乙烷-丙醇乙烷-丁醇6.1超臨界流體萃取9/21/202326第6章新型萃取分離技術(shù)p在較低溫度下，存在液-液-氣三相平衡。混合物組分間作用力以氫鍵為主。溫度下降，氫鍵增強，互溶度增加直至完全互溶。水-2-丁醇、水-丁醇、水-煙堿6.1超臨界流體萃取9/21/202327第6章新型萃取分離技術(shù)據(jù)三元體系的液-液-氣三相狀態(tài)的存在形式，在一定溫度和壓力下，將三元相圖分為三類。兩個互溶的、揮發(fā)度不高的液體和超臨界氣體組成兩個互溶的、揮發(fā)度不高的液體和超臨界氣體組成L-L-G，L-L兩個部分互溶、較低揮發(fā)度的液體和超臨界氣體組成6.1超臨界流體萃取9/21/202328第6章新型萃取分離技術(shù)第I類三元系相圖一種有機物S的水溶液-乙烯點E表示乙烯在液態(tài)有機物S中的溶解度p2略低于乙烯的臨界壓力p3高于乙烯臨界壓力乙醇-水-CO2、異丙醇-水-CO2乙醇-水-乙烷、有機溶劑-水-乙烯6.1超臨界流體萃取9/21/202329第6章新型萃取分離技術(shù)第II類三元系相圖正丙醇-水-乙烯、丙酮-水-乙烯、正丁醇-水-乙烯醋酸-水-乙烯、丙酸-水-乙烯、乙腈-水-乙烯6.1超臨界流體萃取9/21/202330第6章新型萃取分離技術(shù)第III類三元系相圖丁酮-水-乙烯6.1超臨界流體萃取9/21/202331第6章新型萃取分離技術(shù)6.1.3超臨界流體萃取分離方法及典型流程萃取階段分離階段萃取質(zhì)循環(huán)萃取劑原料萃取分離萃取劑+萃取質(zhì)補充萃取劑超臨界流體萃取的基本過程等溫法等壓法吸附法6.1超臨界流體萃取9/21/202332第6章新型萃取分離技術(shù)（1）變壓萃取分離（等溫法）T1=T2，p1>p2含萃取組分的超臨界流體在等溫條件下，利用不同壓力時待萃取組分在萃取劑中的溶解度差異來實現(xiàn)組分的萃取與萃取劑的分離。易于操作。能耗高。溶質(zhì)為所需精制產(chǎn)品6.1超臨界流體萃取9/21/202333第6章新型萃取分離技術(shù)（2）變溫萃取分離（等壓法）T1<T2，p1=p2含萃取組分的超臨界流體在等壓條件下，利用超臨界流體在一定溫度范圍內(nèi)萃取組分的溶解度隨溫度升高而降低的性質(zhì)，將萃取組分通過升溫來降低其在超臨界流體中的溶解度，來實現(xiàn)萃取組分與萃取劑的分離。壓縮功耗少。需加熱蒸汽和冷卻水。溶質(zhì)為所需精制產(chǎn)品6.1超臨界流體萃取9/21/202334第6章新型萃取分離技術(shù)（3）吸附萃取法T1=T2，p1=p2含萃取組分的超臨界流體采用可吸附萃取組分而不可吸附萃取劑的特定吸附劑，將超臨界流體中的分離組分選擇性地除去，來實現(xiàn)萃取組分與萃取劑的分離，并定期再生吸附劑。6.1超臨界流體萃取9/21/202335第6章新型萃取分離技術(shù)密度：溫度一定時，密度(壓力)增加，可使溶劑強度增加，溶質(zhì)的溶解度增加。影響超臨界萃取的主要因素：夾帶劑：加一定夾帶劑的SCF-CO2可以創(chuàng)造一般溶劑達不到的萃取條件，大幅度提高收率。粒度：粒度小有利于SCF萃取。流體體積：增大流體的體積能提高回收率。6.1超臨界流體萃取9/21/202336第6章新型萃取分離技術(shù)311-ＣＯ２鋼瓶2-注塞泵3-高壓釜4-分離釜5-壓力表超臨界流體萃取沙田柚皮精油流程圖2456.1超臨界流體萃取9/21/202337第6章新型萃取分離技術(shù)6.2雙水相萃取雙水相萃取技術(shù)(two-aqueousphaseextraction,ATPS)，又稱水溶液兩相分配技術(shù)(Partionoftwoaqueousphaseextraction)。

1896年由Beijermerk在瓊脂和可溶性淀粉或明膠混合時發(fā)現(xiàn)。

雙水相系統(tǒng)：由兩種聚合物或一種無機聚合物與無機水溶液組成。6.2.1基本概念9/21/202338第6章新型萃取分離技術(shù)雙水相系統(tǒng)中兩相密度和折射率差別較小、界面張力小，兩相易分散，活性生物物質(zhì)或細胞不易失活。可在常溫、常壓下進行，易于連續(xù)操作，處理量大。6.2雙水相萃取9/21/202339第6章新型萃取分離技術(shù)6.2雙水相萃取是否分層或混合成一相，取決于：熵增——與分子數(shù)目有關(guān)分子間作用力——與分子大小有關(guān)

雙水相萃取是利用物質(zhì)在不相溶的，兩水相間分配系數(shù)的差異進行萃取的方法。含有聚合物分子的溶液發(fā)生分相的現(xiàn)象稱為聚合物的不相容性?；邴}析作用原理，聚合物與無機鹽的混合溶液也能形成雙水相。9/21/202340第6章新型萃取分離技術(shù)可以構(gòu)成雙水相的體系有：離子型高聚物－非離子型高聚物（分子間斥力）PEG（聚乙二醇）－DEXTRAN（葡萄糖）高聚物－相對低分子量化合物（鹽析作用）PEG（聚乙二醇）－

硫酸銨6.2雙水相萃取9/21/202341第6章新型萃取分離技術(shù)雙水相萃取的優(yōu)點操作條件溫和。兩相的界面張力小，兩相易分散。兩相的相比隨操作條件而變化。上下兩相密度差小，一般在10g/L。易于連續(xù)操作，處理量大，適合工業(yè)應(yīng)用。動力學(xué)研究、雙水相親和分離、多級逆流層析、反應(yīng)分離耦合等。6.2雙水相萃取9/21/202342第6章新型萃取分離技術(shù)混合物熵增、分子間作用力6.2.2雙水相分配原理兩種聚合物或一種聚合物與一種小分子物質(zhì)相互混合。雙水相自發(fā)熵增過程隨分子量增加而增加所涉及分子數(shù)目小分子與大分子混合，熵增相同分子中各基團相互作用力之和兩種高聚物混合6.2雙水相萃取9/21/202343第6章新型萃取分離技術(shù)聚合物所帶電荷相反，聚電解質(zhì)之間混合均勻不分相。聚合物相互排斥，一種聚合物分子周圍將聚集同種分子而排斥異種分子，達到平衡時，形成分別含不同聚合物的兩水相。這種含有聚合物分子的溶液發(fā)生分相的現(xiàn)象稱為聚合物的不相容性。基于鹽析作用原理，聚合物與無機鹽的混合溶液可形成雙水相。6.2雙水相萃取9/21/202344第6章新型萃取分離技術(shù)（1）雙水相系統(tǒng)典型的雙水相系統(tǒng)類型相（I）相（II）A聚丙烯醇（PPG）聚乙二烯（PEG）聚乙二醇、聚乙烯醇、葡聚糖聚乙烯醇、葡聚糖、聚乙烯吡咯烷酮B葡聚糖（Dextran）NaCl，Li2SO4C羧甲基葡聚糖鈉鹽羧甲基纖維素鈉鹽D聚乙二醇（PEG）聚丙烯醇（PPG）磷酸鉀、硫酸銨、硫酸鈉葡萄糖，甘油A：兩種非離子型聚合物B：一種為帶電荷的聚電解質(zhì)C：兩種聚電解質(zhì)D：一種聚合物與一種低分子物質(zhì)多元醇、多元糖使生物大分子穩(wěn)定，無毒6.2雙水相萃取9/21/202345第6章新型萃取分離技術(shù)高聚物-高聚物體系操作較易，變性作用少，界面吸附少聚合物-無機鹽體系可行性受到環(huán)保限制，且某些生物物質(zhì)會在這類體系中失活。6.2雙水相萃取9/21/202346第6章新型萃取分離技術(shù)令WT，WB，WM分別代表上相、下相和系統(tǒng)的總重量6.2雙水相萃取9/21/202347第6章新型萃取分離技術(shù)依據(jù)懸浮粒子與其周圍物質(zhì)具有的復(fù)雜的相互作用：氫鍵電荷力疏水作用范德華力構(gòu)象效應(yīng)雙水相萃取的原理6.2雙水相萃取9/21/202348第6章新型萃取分離技術(shù)6.2.3雙水相系統(tǒng)中的作用力溶質(zhì)與雙水相系統(tǒng)中的作用力包括靜電作用疏水作用親和作用6.2雙水相萃取9/21/202349第6章新型萃取分離技術(shù)

非電解質(zhì)型溶質(zhì)的分配系數(shù)不受靜電作用的影響，利用相平衡熱力學(xué)理論：lnKP=-Mλ/RT

溶質(zhì)的分配系數(shù)的對數(shù)與相對分子質(zhì)量之間呈線性關(guān)系。同一雙水相系統(tǒng)，λ>0，不同溶質(zhì)的分配系數(shù)隨相對分子質(zhì)量的增大而減小。同一溶質(zhì)的分配系數(shù)隨雙水相系統(tǒng)的不同而改變。（1）靜電作用6.2雙水相萃取9/21/202350第6章新型萃取分離技術(shù)實際的雙水相系統(tǒng)中，荷電溶質(zhì)的分配平衡將受相間電位的影響，從相平衡熱力學(xué)理論推導(dǎo)：lnKP=lnK0+ΔφFZ/RT荷電溶質(zhì)的分配系數(shù)的對數(shù)與溶質(zhì)的凈電荷數(shù)成正比。同一雙水相系統(tǒng)中，分配系數(shù)與靜電荷數(shù)的關(guān)系因無機鹽而異.6.2雙水相萃取9/21/202351第6章新型萃取分離技術(shù)

PEG/Dx和PEG/無機鹽等雙水相系統(tǒng)的上相(PEG相)疏水性較大，相間的疏水性差用疏水性因子HF(hydrophoblcfactor)表示。HF可通過測定疏水性已知的氨基酸在其等電點處的分配系數(shù)KS測算。lnKS=HF(RH+B)

RH是氨基酸的相對疏水性(relativehydrophobicity)，是通過測定氨基酸在水和乙醇中溶解度的差別確定的，并設(shè)疏水性最小的甘氨酸的RH＝0。B=lnKGly/HF（2）疏水作用6.2雙水相萃取9/21/202352第6章新型萃取分離技術(shù)

pH＝pI時氨基酸在雙水相系統(tǒng)中的分配系數(shù)與其RH值呈線性關(guān)系，直線的斜率就是該雙水相系統(tǒng)的HF值。6.2雙水相萃取9/21/202353第6章新型萃取分離技術(shù)在pH為等電點的雙水相中蛋白質(zhì)的分配系數(shù)(m0)與HF值之間呈線性關(guān)系，則直線的斜率定義為該蛋白質(zhì)的表面疏水性，用HFS(hydrophobicfactorofsolutes)表示lnK0=HF×HFS一般形式lnKP=HF(HFS+ΔHFS)+ΔφFZ/RT6.2雙水相萃取9/21/202354第6章新型萃取分離技術(shù)成相高聚物的相對分子量一般來說，蛋白等高分子量物質(zhì)易集中于低分子量相成相高聚物濃度——界面張力分配物質(zhì)的分子量鹽種類，濃度，電荷pH值溫度其它因素6.2.4雙水相系統(tǒng)中目標物分配系數(shù)的影響因素6.2雙水相萃取9/21/202355第6章新型萃取分離技術(shù)幾種典型的雙水相萃取酶蛋白實例酶菌種相系統(tǒng)延胡索酸酶BrevibacteriumspPEG/鹽天冬氨酸酶E.coliPEG/鹽

-半乳糖苷酶E.coliPEG/鹽亮氨酸脫氫酶BacillussphaericusPEG/Dex乙醇脫氫酶Baker’syeastPEG/鹽青霉素?；窫.coliPEG/鹽6.2雙水相萃取9/21/202356第6章新型萃取分離技術(shù)6.3凝膠萃取Cussler

等于1984年在美國最先提出。6.3.1凝膠膠體：分散質(zhì)的微粒直徑在1～100nm之間的分散系。

膠體

氣溶膠

液溶膠

固溶膠

具有丁達爾效應(yīng)

9/21/202357第6章新型萃取分離技術(shù)6.3凝膠萃取膠體凝聚膠狀沉淀

將膠體溶液加熱或加入電解質(zhì)，會使膠體溶液發(fā)生凝聚作用，使得分散在分散劑中的膠?；ハ嗄Y(jié)為較大的顆粒從分散劑中析出，析出的物質(zhì)叫膠狀沉淀。在一些情況下膠體凝聚后膠粒和分散劑凝聚成一個整體，成為一種凍狀物，這種凍狀物叫凝膠。

凝膠凍膠9/21/202358第6章新型萃取分離技術(shù)分子膠體在一定條件下發(fā)生膠體凝結(jié)，膠體分散質(zhì)濃度足夠大時可以形成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)而把全部的分散劑包絡(luò)起來，形成一個整體，它也是一種膠凍狀物質(zhì)，稱為凍膠。6.3凝膠萃取凝膠：高聚物以分子狀態(tài)分散在溶劑中形成的均相混合物稱為高分子溶液，當濃度大時其中的高分子鏈相互交聯(lián)使其失去流動性時，即成為凝膠。9/21/202359第6章新型萃取分離技術(shù)膠體聚沉?xí)r把分散劑聚在一起。

1～10埃

氣凝膠

液凝膠

固凝膠

云，霧

氫氧化鐵膠體

煙水晶

不具有丁達爾效應(yīng)

6.3凝膠萃取結(jié)構(gòu)：膠體顆?；蚋呔畚锓肿渔溡曰瘜W(xué)鍵相互連接，搭成架子，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，液體或氣體充滿在結(jié)構(gòu)空隙中，形成溶脹體。9/21/202360第6章新型萃取分離技術(shù)其性質(zhì)介于固體和液體之間，從外表看，它成固體狀或半固體狀，有彈性；但又和真正的固體不完全一樣，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強度往往有限，易于破壞。6.3凝膠萃取9/21/202361第6章新型萃取分離技術(shù)含水量分類干凝膠軟膠含水量小于固體量含水量超過固體量機械性質(zhì)脆性凝膠彈性凝膠敏感凝膠形狀和體積都不改變多數(shù)的無機凝膠形狀和體積都改變橡膠、明膠、瓊脂不可逆凝膠pH敏感凝膠溫度敏感凝膠電場力敏感凝膠可逆凝膠6.3凝膠萃取9/21/202362第6章新型萃取分離技術(shù)制備

固體

溶液

干膠吸收液體膨脹，彈性凝膠

條件

降低溶解度

析出的固體質(zhì)點搭成骨架形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

方法冷卻膠體溶液，產(chǎn)生過飽和溶液

加入非溶劑

加入鹽類

化學(xué)反應(yīng)

6.3凝膠萃取9/21/202363第6章新型萃取分離技術(shù)萃取用凝膠在給定溫度下不溶解、不熔融、不污染溶液溶脹與收縮過程快溶脹量大易于溶液分離及易于再生對溶質(zhì)的吸著選擇性高強度好、使用壽命長6.3凝膠萃取9/21/202364第6章新型萃取分離技術(shù)疏水性有機凝膠親水性有機凝膠非溶脹性的無機凝膠交聯(lián)葡聚糖瓊脂糖聚丙烯酰胺聚苯乙烯6.3凝膠萃取9/21/202365第6章新型萃取分離技術(shù)從稀溶液中提取有機物或生物制品能耗小萃取劑易再生設(shè)備與操作簡單對物料分子不存在機械剪切或熱力破壞6.3凝膠萃取9/21/202366第6章新型萃取分離技術(shù)6.3.2凝膠的特性凝膠的性質(zhì)取決于網(wǎng)絡(luò)和溶劑及其相互間的作用。膨脹作用脫水收縮作用擴散與化學(xué)反應(yīng)篩分作用溶劑鉆入凝膠中與大分子相互作用形成溶劑化層液體的滲透作用老化過程中會發(fā)生特殊的分層現(xiàn)象彈性凝膠可逆6.3凝膠萃取9/21/202367第6章新型萃取分離技術(shù)6.3.3凝膠萃取基本概念及設(shè)備凝膠萃取(GelExtraction)：利用凝膠在溶劑中溶脹特性和凝膠網(wǎng)絡(luò)對大分子、微粒等的排斥作用達到溶液濃縮分離的目的的一種新型分離技術(shù)。溫敏型酸敏型電敏型取代超濾或蒸發(fā)溶質(zhì)分配凝膠溶脹能力6.3凝膠萃取9/21/202368第6章新型萃取分離技術(shù)6.3凝膠萃取典型凝膠萃取工藝溫敏型酸敏型電敏型凝膠萃取應(yīng)用堿性蛋白酶濃縮牛血清白蛋白與牛血紅紅蛋白的分離

VB12脈動式釋放胰島素釋放9/21/202369第6章新型萃取分離技術(shù)6.4.1

基本原理

膜萃?。豪梦⒖啄さ氖杷曰蛴H水性，將膜過程和液-液萃取過程耦合而形成的一種分離技術(shù)

傳質(zhì)過程是在分隔物料液相和萃取相的微孔膜表面上進行。應(yīng)用于膜萃取過程的微孔膜材料分為疏水性微孔膜、親水性微孔膜和疏水-親水復(fù)合膜。6.4膜基溶劑萃取9/21/202370第6章新型萃取分離技術(shù)6.4膜基溶劑萃取

膜萃?。豪梦⒖啄さ氖杷曰蛴H水性，將膜過程和液-液萃取過程耦合而形成的一種分離技術(shù)

傳質(zhì)過程是在分隔物料液相和萃取相的微孔膜表面上進行。應(yīng)用于膜萃取過程的微孔膜材料分為疏水性微孔膜、親水性微孔膜和疏水-親水復(fù)合膜。9/21/202371第6章新型萃取分離技術(shù)疏水微孔膜萃取溶質(zhì)濃度分布圖疏水膜組件適用于：溶質(zhì)分配系數(shù)大于1的體系,可得到高傳質(zhì)系數(shù)；要求pH適用范圍大或化學(xué)穩(wěn)定性好的體系；要求減少細胞污染的體系；要求膜孔較大,以避免對分子組分的擴散形成障礙的體系；便于滅菌的體系。6.4膜基溶劑萃取9/21/202372第6章新型萃取分離技術(shù)親水微孔膜萃取溶質(zhì)濃度分布圖親水膜組件適用于：溶質(zhì)分配系數(shù)小于1的體系,可得到較高的傳質(zhì)系數(shù)。大多數(shù)用于溶劑萃取的親水膜孔徑小，因此適用于在溶劑萃取中大分子組分不需透過膜的體系。6.4膜基溶劑萃取9/21/202373第6章新型萃取分離技術(shù)6.4.2

優(yōu)缺點（1）優(yōu)點無相水平上的分散和聚結(jié)過程。不形成直接接觸的液-液兩相流動

。兩相在膜兩側(cè)分別流動。提高了過程傳質(zhì)效率。料液相與萃取相在膜兩側(cè)同時存在。6.4膜基溶劑萃取9/21/202374第6章新型萃取分離技術(shù)（2）不足不太適用于分配系數(shù)較小的體系。溶劑對膜的溶脹作用。為防止相間滲透，膜萃取中的液液兩相壓差必須保持在一定的范圍內(nèi)。6.4膜基溶劑萃取9/21/202375第6章新型萃取分離技術(shù)6.4.3

膜基傳質(zhì)方程式總的傳質(zhì)速率系數(shù)局部傳質(zhì)速率系數(shù)傳質(zhì)通量兩相傳質(zhì)阻力6.4膜基溶劑萃取9/21/202376第6章新型萃取分離技術(shù)（1）總傳質(zhì)方程平板疏水膜溶劑萃取溶質(zhì)i從水相主體到有機相主體在水中在膜孔中在有機相中疏水微孔膜萃取溶質(zhì)濃度分布圖6.4膜基溶劑萃取9/21/202377第6章新型萃取分離技術(shù)則：以有機相為基準溶質(zhì)分配系數(shù)mi則6.4膜基溶劑萃取9/21/202378第6章新型萃取分離技術(shù)同理，以水相為基準的總傳質(zhì)系數(shù)Kw與分傳質(zhì)系數(shù)有：6.4膜基溶劑萃?。?）膜傳質(zhì)系數(shù)假定：膜孔徑比擴散溶質(zhì)分子大1～2個數(shù)量級溶質(zhì)i通過膜孔中液體的擴散為無障礙的自由擴散膜為對稱，且被指定相完全潤濕只考慮一維傳遞9/21/202379第6章新型萃取分離技術(shù)則溶質(zhì)通過非荷電膜孔內(nèi)的有機溶劑或水溶液的擴散傳質(zhì)系數(shù)滿足：（3）中空纖維束內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)疏水膜小分子和蛋白溶劑萃取纖維束內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式6.4膜基溶劑萃取9/21/202380第6章新型萃取分離技術(shù)（4）中空纖維束間傳質(zhì)系數(shù)溶劑萃取氣體吸收返混、壁流及溝流等都影響流動關(guān)聯(lián)式適用于特定體系和條件6.4膜基溶劑萃取9/21/202381第6章新型萃取分離技術(shù)親水中空纖維6.16.4膜基溶劑萃取9/21/202382第6章新型萃取分離技術(shù)6.4.4

傳質(zhì)影響因素（1）兩相壓差溶質(zhì)i在膜兩側(cè)的化學(xué)位差中Vi△p與RTlnci相比可略，在操作溫度范圍內(nèi)壓差的變化不影響傳質(zhì)系數(shù)。如教材P230圖7-48所示。6.4膜基溶劑萃取9/21/202383第6章新型萃取分離技術(shù)（2）溶質(zhì)分配系數(shù)疏水膜孔內(nèi)充滿有機溶劑分配系數(shù)mi>1或mi<1膜阻可略傳質(zhì)速率與膜性質(zhì)無關(guān)如教材P230圖7-49所示。6.4膜基溶劑萃取9/21/202384第6章新型萃取分離技術(shù)親水膜孔內(nèi)充滿水溶液分配系數(shù)mi>1或mi<1膜阻可略傳質(zhì)速率與膜性質(zhì)無關(guān)如教材P230圖7-49所示。6.4膜基溶劑萃取9/21/202385第6章新型萃取分離技術(shù)溶質(zhì)通過膜孔內(nèi)液體為有障礙擴散，且膜較厚，則膜阻不能忽略。注意已知體系的mi、kiw及kiomi<1親水膜mi>1疏水膜溶質(zhì)優(yōu)先溶于水相，選用親水膜溶質(zhì)優(yōu)先溶于有機相，選用疏水膜6.4膜基溶劑萃取9/21/202386第6章新型萃取分離技術(shù)（3）界面張力界面張力小，分散相液滴小，體積傳質(zhì)系數(shù)高，有利傳質(zhì)。界面張力大，分散相液滴大，體積傳質(zhì)系數(shù)低，不利傳質(zhì)。影響臨界突破壓差。6.4膜基溶劑萃取9/21/202387第6章新型萃取分離技術(shù)（4）臨界突破壓差膜外液體側(cè)壓力應(yīng)稍大于膜孔內(nèi)液體側(cè)的壓力。但需小于臨界突破壓差，否則膜孔內(nèi)一相將為另一相所置換。圓柱形膜孔半徑rp，突破壓力Young-Laplace方程低界面張力的體系，可通過減小孔徑來增加臨界突破壓差。6.4膜基溶劑萃取9/21/202388第6章新型萃取分離技術(shù)（5）膜材料在有機相中的溶脹