现代分离技术复习思考题及答案.docx

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现代分离技术复习思考题及答案

第一章膜分离

1.什么是分离技术和分离工程？

分离技术系指利用物理、化学或物理化学等基本原理与方法将某种混合物分成两个或多个组成彼此不同的产物的一种手段。

在工业规模上，通过适当的技术与装备，耗费一定的能量或分离剂来实现混合物分离的过程称为分离工程。

2.分离过程是如何分类的？

机械分离、传质分离（平衡分离、速率控制分离）、反应分离

第二章膜分离

1.按照膜的分离机理及推动力不同，可将膜分为哪几类？

根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗

析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。

2.按照膜的形态不同，如何分类？

按膜的形态分为平板膜、管式膜和中空纤维膜、卷式膜。

3.按照膜的结构不同，如何分类？

按膜的结构分为对称膜、非对称膜和复合膜。

4.按照膜的孔径大小不同，如何分类？

按膜的孔径大小分多孔膜和致密膜。

5.目前实用的高分子膜膜材料有哪些？

目前，实用的有机高分子膜材料有：

纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。

6.MF（微孔过滤膜）,UF（超过滤膜）,NF（纳滤膜）,RO（反渗透膜）的推动力是什么？

压力差。

7.醋酸纤维素膜有哪些优缺点？

醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。

醋酸纤维素性能稳定，但在高温和酸、碱存在下易发生水解。

纤维素醋类材料易受微生物侵蚀，pH值适应范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。

8.醋酸纤维素膜的结构如何？

表皮层，孔径（8－10）×10－10m。

过渡层，孔径200×10－10m。

多孔层，孔径（1000－4000）×10－10m

9.固体膜的保存应注意哪些问题？

分离膜的保存对其性能极为重要。

主要应防止微生物、水解、冷冻对膜的破坏和膜的收缩变形。

微生物的破坏主要发生在醋酸纤维素膜；而水解和冷冻破坏则对任何膜都可能发生。

温度、pH值不适当和水中游离氧的存在均会造成膜的水解。

冷冻会使膜膨胀而破坏膜的结构。

膜的收缩主要发生在湿态保存时的失水。

收缩变形使膜孔径大幅度下降，孔径分布不均匀，严重时还会造成膜的破裂。

当膜与高浓度溶液接触时，由于膜中水分急剧地向溶液中扩散而失水，也会造成膜的变形收缩。

10.工业上应用的膜组件有哪几种？

工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。

11.在上述膜组件中装填密度最高的是那种？

料液流速最快的是那种？

中空纤维式，管式。

12.什么叫浓差极化？

如何消除浓差极化现象？

在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面上，不能透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高。

这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象称为浓度极化或浓差极化。

它是一个可逆过程。

只有在膜运行过程中产生，停止运行，浓差极化逐渐消失。

它与操作条件相关，可通过降低膜两侧压差，减小料液中溶质浓度，改善膜面流体力学条件，来减轻浓差极化程度，提高膜的透过流量。

13.MF,UF,NF,RO有哪些共同点和不同点？

14.反渗透装置有哪些主要部件？

保安过滤器有什么作用？

主要部件有：

压力容器（膜壳）、高压泵、保安过滤器、自动控制与仪器仪表、辅助设备

保安过滤器是反渗透装置的最后一级过滤器，要求进水浊度小于2mg/L以下，出水浊度低于0.3-0.12mg/L。

15.微滤和超滤的操作模式有哪两种？

内压式和外压式。

死端过滤和错流过滤。

16.什么叫级和段？

段---前一组膜组件的浓水流经下一组膜组件处理，流经几组膜组件即称为几段。

级---是指进水（料液）经过一次高压泵加压后通过膜装置的过程

17.制备反渗透的膜材料有哪些？

制备反渗透膜的材料主要有醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚

醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。

18.离子交换膜按照可交换离子的性能是如何分类的？

离子交换膜按其可交换离子的性能可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极离子交换膜。

这三种膜的可交换离子分别对应为阳离子、阴离子和阴阳离子。

19.电渗析的核心部件是什么？

电渗析的核心是离子交换膜。

20.离子膜电解和双极膜电解氯化钠的产物是否相同？

不同。

21.以渗透水为目的渗透蒸发较好膜材料有哪些？

聚乙烯醇（PVA）和醋酸纤维素（CA）

22.以渗透醇类为目的渗透蒸发较好膜材料是什么？

憎水性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）

23.分离氢气的气体膜材料有哪些？

其材料主要有醋酸纤维素、聚砜、聚酰亚胺等。

24.分离富集氧气的膜材料有哪些？

聚二甲基硅氧烷（PDMS）及其改性产品和含三甲基硅烷基的高分子材料。

25.液膜分离法有哪些优缺点？

优点：

传质推动力大，速率高，且试剂消耗量少，选择性好，分离效果显著。

缺点：

强度低，破损率高，难以稳定操作，而且过程与设备复杂。

26.液膜有哪些成分组成？

膜溶剂：

有机溶剂或水,构成膜的基体

表面活性剂：

控制液膜的稳定性 

添加剂/流动载体：

提高膜的选择性,实现分离传质的关键因素

27.画出下列过程的工艺流程图示意图

A离子膜电解氯化钠;

B双极膜电解氯化钠

C电渗析法利用海水制备饮用水; 

D反渗透法由自来水制备纯净水

28.以液膜分离法处理含有苯酚的废水为例，说明液膜分离法的步骤。

包括液膜制备、液膜渗透、澄清分离和破乳四部分

第三章 新型萃取分离技术

1.溶剂萃取法有哪些优缺点？

溶剂萃取法优点：

①操作可连续化，速度快，生产周期短；

②对热敏物质破坏少；

③采用多级萃取时，溶质浓缩倍数大、纯化度高。

缺点：

由于有机溶剂使用量大，对设备和安全要求高，需要各项防火防爆等措施。

2.什么叫分配定律、分配比、萃取因素、分离因素、浓缩倍数？

分配定律：

在一定温度、一定压力下，某一溶质在互不相溶的两种溶剂间分配时，达到平衡后，在两相中的活度之比为一常数。

分配比：

萃取因素E为：

分离因素：

在同一萃取体系内两种溶质在同样条件下分配系数的比值。

浓缩倍数：

3.单级萃取萃取因素E如何计算？

萃取率如何计算？

式中VF——料液体积；Vs——萃取剂的体积；C1——溶质在萃取液的总浓度；C2——溶质在萃余相的总浓度；D——分配比；m——浓缩倍数

4.多级错流萃取萃取率如何计算？

5.多级逆流萃取萃取率如何计算？

6.什么是表面活性剂的亲水亲油平衡值（HLB）？

每一种表面活性剂都有亲水和疏水基团，两种基团的强度的相对关系称为HLB值。

完全不亲水（HLB=0）、完全亲水（HLB=20）

O/W型（水包油型）乳状液的乳化剂其HLB值常在8~18之间；W/O型（油包水型）乳状液的乳化剂其HLB值常在3~6之间。

7.影响乳状液类型的因素有哪些？

相体积的影响、乳化剂分子空间构型的影响、界面张力的影响、容器壁性质的影响

8.什么是盐析作用，产生盐析作用的原因是什么？

在萃取过程中在水溶液中加入无机盐，萃取效率增加，这种现象叫盐析作用。

①由于盐析剂与水分子结合，降低了被萃取物在水中的溶解度，使其易转入有机相；

②盐析剂降低有机溶剂在水中的溶解

③盐析剂增大萃余相比重，有助于分相。

9.什么是双水相萃取？

双水相萃取技术，又称水溶液两相分配技术，它利用不同的高分子溶液相互混合可产生两相或多相系统，静置平衡后，分成互不相溶的两个水相，利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法，称为双水相萃取法。

10.影响双水相萃取的因素有哪些？

成相高聚物的分子量、成相聚合物浓度、分配物质的分子量、盐类的影响、温度及其它因素。

11.常用的双水相系统有什么优缺点？

PEG-Dex系统 优点：

盐的浓度低，易分相，不易失活。

缺点：

粘度大，价格高

PEG-盐系统  优点：

粘度小，价格低。

缺点：

盐的浓度高，界面吸附多，易失活。

12.什么是反胶束？

反胶束（reversedmicelle），也称反胶团，是表面活性剂分散在连续的有机相中自发形成的纳米尺度的一种聚集体。

13.在反胶束萃取中，目前工业上应用最多的反胶束体系是什么？

AOT（阴离子型），其化学名为丁二酸乙基己基酯-磺酸钠。

14.反胶束选择性的分离蛋白质包括那几个过程？

萃取过程和反萃取过程两个。

15.反胶束萃取的影响因素有哪些？

表面活性剂的种类、水相pH值、温度、离子强度、亲和反胶束萃取

16.什么叫超临界流体萃取法（SFE）？

超临界流体萃取技术（SFE），又称压力流体萃取、超临界气体萃取、临界溶剂萃取等，是利用处于临界压力和临界温度以上的溶剂流体所具有增加物质溶解能力来进行分离纯化的技术。

17.SFE萃取有哪些优点？

优点：

①萃取剂在常温常压下为气体，易分离。

②在较低的温度和不太高的压力下操作。

③超临界流体的溶解能力可以通过调节温度、压力、夹带剂在很大范围内变化；而且还可以采用压力梯度和温度梯度。

④不使用有毒溶剂，无污染。

萃取速度快。

缺点：

选择性不够高。

18.什么叫超临界流体、超临界流体有哪些哪些特性？

超临界流体是指超过临界温度和临界压力状态的流体。

特性：

①在临界点附近，在临界温度稍高的区域内，压力稍有变化，就会引起密度很大的变化，流体的密度随压力增高而迅速增加，并接近液体密度；

②在临界温度与临界压力以上，无论压力多高，流体都不能液化；

③在超临界状态下，流体对很多液体、固体物质的溶解能力都有较大增强，并接近于液体的溶解能力。

19.利用CO2作为萃取剂萃取有哪些优点？

（1）二氧化碳超临界温度（Tc=31.06℃）是所有溶剂中最接近室温的，可以在35～40℃的条件下进行提取,防止热敏性物质的变质和挥发性物质的逸散。

（2）在CO2气体笼罩下进行萃取,萃取过程中不发生化学反应;又由于完全隔绝了空气中的氧,因此,萃取物不会因氧化或化学变化而变质。

（3）由于CO2无味、无臭、无毒、不可燃、价格便宜、纯度高、容易获得,使用相对安全。

（4）CO2是较容易提纯与分离的气体,因此萃取物几乎无溶剂残留,也避免了溶剂对人体的毒害和对环境的污染。

（5）CO2扩散系数大而粘度小,大大节省了萃取时间,萃取效率高。

20.超临界萃取的影响因素有哪些？

（1）压力：

高压时,超临界流体的溶解能力强,可最大限度地溶解大部分组分；低压时，在临界点附近,仅能提取易溶解的组分,或除去有害成分;压力增加，绝大多数化合物溶解度都急剧上升。

（2）温度：

对流体密度的影响，随温度升高，CO2流体密度降低，导致其溶剂化效应下降，对物质的溶解度也下降；对物质蒸气压的影响，随温度升高，物质的蒸气压增大，使物质在CO2流体中的溶解度增大。

（3）助溶剂（夹带剂）：

加入极性助溶剂对提高极性成分的溶解度有帮助，对非极性溶质作用不大；相反，非极性助溶剂对极性和非极性溶质都有增加溶解度的效能。

（4）物料性质

21.画出超临界萃取的三种典型的流程图。

22.超临界萃取的三种典型的流程有哪些用途？

等温法与等压法：

主要用于萃取相中的溶质为需要精制的产物；

吸附法：

主要适用于那些萃取质为需除去的有害成分，而萃取槽内留下的萃余物为提纯产物。

23.什么叫固相萃取？

以固体吸附剂作固定相，将目标物或干扰物吸附到固定相中，使目标物与基体或干扰组分分离的一种样品前处理技术。

24.固相萃取的分离模式有哪些？

正相固相萃取、反相固相萃取、吸附固相萃取和离子交换固相萃取

25.固相萃取的基本操作步骤有哪些？

活化、载样、洗涤、洗涤

26.什么叫做亚临界水，亚临界水有什么性质？

适度压力下的液态热水。

也称超热水或高温水。

随着温度的升高，介电常数减小，极性减弱。

第四章吸附，色层分离和离子交换

1.物理吸附和化学吸附有什么区别？

物理吸附：

吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。

化学吸附：

吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢。

2.活性炭的种类可以分为几种？

粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭。

3.色谱分离法按固定相的装载方式不同是如何分类的？

①柱层析；②纸层析；③薄层层析。

4.在吸附柱层析中，常用的吸附剂有哪些？

①氧化铝、②硅胶、③羟基磷灰石[Ca5（PO4）3（OH）]2（HA）、④聚酰胺、⑤大孔吸附树脂

5.在吸附柱层析中，流动相的选择原则是什么？

强极性的组分应选用极性强的流动相洗脱；弱极性的组分应选用弱极性的流动相洗脱。

6.吸附柱层析中吸附剂的选择是什么？

为了解析的方便，吸附剂的选择原则是：

对于极性大的被分离物质，应选择极性小的吸附剂；对于极性小的被分离物质，应选择极性大的吸附剂。

7.分配柱层析中的常用固定相是什么？

水，此外有时也用稀硫酸、甲醇等强极性溶剂。

8.柱层析的操作步骤有哪些？

①装柱、②平衡、③加样、④洗脱  

9.在湿法装柱过程中应注意哪些问题？

①在装柱过程中不能带入气泡，装好的层析柱不能够产生节。

②在装柱过程中吸附剂始终浸没在液面之下

10.苯乙烯树脂、酚醛树脂、甲基丙烯酸树脂的骨架是如何制备的？

①以苯乙烯为单体，二乙烯苯为交联剂聚合而成；

②以苯酚为单体，甲醛为交联剂聚合而成；

③以甲基苯烯酸为单体，二乙烯苯为交联剂聚合而成。

11.离子交换树脂按物理结构如何分类的？

凝胶型树脂和大孔型树脂有什么区别？

凝胶型和大孔型

凝胶型树脂又称微孔树脂（暂时孔穴）：

网孔2-4nm，比表面一般为2—120m2/g。

大孔径树脂（大网树脂）:

网孔20-120nm,比表面一般为0.1m2/g。

有较好的机械性能。

12.离子交换树脂按活泼性基团的性质是如何分类的？

13.001×7,201×7各代表什么？

001×7表示强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，交联度为7%；

201×7表示强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，交联度为7%。

14.请设计出以硅胶为吸附剂分离红曲色素中的黄色素，桔红色素，红色素的方法和步骤？

（1）装柱 硅胶60－80目，装柱前将硅胶悬浮于正己烷中,湿法装柱,柱规格1.5×10cm,层析柱装好后，在柱的上端铺一层2mm厚的无水硫酸钠.

（2）平衡　用2-3倍柱体积的正己烷：

乙酸乙酯（20:

1）洗涤层析柱。

（3）加样　应在平衡液与吸附剂表面在同一位置时缓慢加样。

（4）洗脱  样品液与吸附剂上层表面在同一位置时开始洗脱，洗脱时流速3-4mL/min

黄色素用正己烷：

乙酸乙酯（20:

1）洗脱;桔红色素用乙酸乙酯洗脱;红色素用乙酸乙酯:

甲醇（10:

2）洗脱。

15.离子交换分离法和离子交换层析法有什么区别？

一般的离子交换分离法分离可交换与不可交换的离子。

离子交换层析法适用于都可交换但交换能力不同的离子。

16.分配柱层析所使用的固定相是什么？

分配柱层析适应于分离哪些物质？

反相分配柱层析适应于分离哪些物质？

①固定相水。

②适应于水溶性。

③适应于脂溶性物质或亲油性物质。

第五章 薄层层析

1.与纸层析相比，薄层层析有哪些优点？

快速、分离效率高、灵敏度高、显色方便、应用面广。

2.在薄层层析中常用的吸附剂有哪些？

氧化铝、硅胶、纤维素、聚酰胺。

3.为什么从文献上查得的Rf值只能供参考，不能作为定性分析的依据？

为了鉴定试样中的各组分，应该如何办？

因为影响Rf值的因素较多，重现性较差。

应用标准样品作对照实验。

4.用中性氧化铝软板，以环己烷：

丙酮为展开剂分离氨基蒽醌；用硅胶G硬板，80°C活化，以正丁醇-氨水-水为展开剂分离蒽醌磺酸，这两种方法是吸附层析还是分配层析？

是正相层析还是反向层析？

用中性氧化铝软板：

吸附层析

用硅胶G硬板：

分配层析

正相层析（适用于水溶性物质分离）

5.在薄层层析中，对于无色试样应该用怎样的方法将各组分的斑点显示出来？

①在紫外线灯下观察；②蒸气熏使之显色；③喷各种显色剂

6.薄层层析中常用于杂质的限量检验，如果薄层对于某杂质的检出限为0.1ug,样品中杂质的允许含量为1%，为检验样品是否合格，则点样量为多少？

10μg（0.1μg÷1%）＝10μg

若点样出现斑点则不合格，反之合格。

7．在薄层色谱中，以硅胶为固定相，氯仿为流动相时，试样中某些组分Rf值太大，若改为氯仿－甲醇（2:

1）时，则试样中各组分的Rf值会变得更大，还是变小？

为什么？

Rf值变更大。

因为改后的氯仿－甲醇（2:

1）极性比氯仿更大，极性增强，溶解度增大，Rf值变大。

若要使Rf值变小，则加入极性较小或非极性的物质。

2016年测试题

一、为下列分离过程选择合适的分离技术

1.制糖工业中糖液的浓缩                 反渗透

2.自来水制备纯净水                   反渗透

3.果汁浓缩                       反渗透

4.果汁的果胶的去除                   超滤

5.白酒中的微生物的去除                 超滤

6.大气中悬浮的尘埃、纤维、花粉、细菌、病毒等净化    微滤

7.微粒和细菌的检测                   微滤

8.药物的除菌和除微粒                  微滤

9.啤酒中的酵母、霉菌和其他微生物            微滤

10.自来水中重金属和有机物的去除             纳滤

11.海水净化制备纯净水                  电渗析

12.工业上电解氯化钠制备氢气、氯气和氢氧化钠       离子膜电解

13.工业上电解氯化钠制备氢气、氧气、盐酸和氢氧化钠    双极膜电解

14.工业酒精制备无水乙醇                渗透汽化

15.化肥厂尾气中氢气的回收                气体膜

16.水果保鲜系统中氧气的分离               气体膜

17.含酚废水中苯酚的回收                 液体膜

18.重金属废水中铜锌等金属离子的回收           液体膜

二、画出由自来水制备纯净水的工艺流程图