專利名稱：吸收譜匹配氣態(tài)分離法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣態(tài)分離法，具體的是一種吸收譜匹配氣態(tài)分離法。
氣態(tài)分離法是分離科學(xué)中的重要分支，是常用的化學(xué)分離富集方法之一，它是利用物質(zhì)氣化性的差異來(lái)分離共存組分。氣態(tài)分離法的理論基礎(chǔ)是在一定的溫度和壓力下，混合物中的一種組份的揮發(fā)率和蒸氣壓足夠大，而其他的足夠小，就可以進(jìn)行選擇性揮發(fā)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。為提高分離的效率，常常將樣品中的一些組分轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)(蒸發(fā)或升華)，熱穩(wěn)定的化合物或元素。廣義的揮發(fā)包括蒸發(fā)、蒸餾、升華、氣體發(fā)生和驅(qū)氣，它在分離科學(xué)中被分為蒸餾和揮發(fā)分離。揮發(fā)分離可以分為兩類一是直接蒸餾揮發(fā)一種或一種以上組分，另一種是將組分轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)化合物，并提供合適的溫度和活性氣體，用適當(dāng)?shù)奈?、冷凝、載帶、捕集方法富集分離物。
蒸餾是根據(jù)氣體和液體物相平衡將物質(zhì)分離。常用的蒸餾方法是將溫度控制在沸點(diǎn)較低的物相的沸點(diǎn)處，低沸點(diǎn)、較易揮發(fā)組分先分離，并富集在氣相，富集程度由相對(duì)蒸氣壓的大小而定，因此，普通蒸餾法不可能分離得非常純凈。改進(jìn)的方法有各種形式的反復(fù)蒸餾(揮發(fā)—冷凝—揮發(fā))技術(shù)、分離多物相的分餾和反復(fù)分餾技術(shù)、控制溫度，壓力，和及時(shí)取出分離物的技術(shù)。上述分離方法均存在分離效率不高的問題。
另外還有亞沸蒸餾技術(shù)，它是用紅外燈或電熱絲從上方加熱液體，使液體在低于沸點(diǎn)的情況下從表面蒸發(fā)，避免從底部產(chǎn)生氣泡帶出雜質(zhì)。但紅外燈或電熱絲的波長(zhǎng)范圍很廣，各種波長(zhǎng)的光子對(duì)混合物輻照時(shí)，對(duì)混合物中的各物相幾乎均勻激發(fā)，因而分離效果不好。無(wú)溶劑微波萃取天然產(chǎn)品的方法和設(shè)備(發(fā)明人P·門格爾B·莫姆龐，申請(qǐng)?zhí)?4192507)，則是用微波加熱，但僅限于普通地加熱，未提及用特定波長(zhǎng)的微波作選擇性激發(fā)，以此進(jìn)行分離提純。有文獻(xiàn)介紹用特定波長(zhǎng)的激光分離同位素(分離U235等)，但未提及用此原理分離更為廣泛的化合物和單質(zhì)。且該法存在價(jià)高、成本高的問題，因而只用于貴重物品的分離提純。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有分餾和揮發(fā)分離技術(shù)所存在的問題，旨在提供一種能大幅度提高分離純度和速度，擴(kuò)大分餾技術(shù)應(yīng)用對(duì)象，工藝簡(jiǎn)單、成本低的吸收譜匹配氣態(tài)分離法。
本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)方式是吸收譜匹配氣態(tài)分離法，其特征在于選用與待分離的物質(zhì)的特定吸收波長(zhǎng)相符的電磁波，輻照置于有透光窗口容器中的待分離的物質(zhì)，電磁波包括紅外、可見光、紫外、微波、激光，具體方案和步驟是(1)分析混合物各組分的吸收譜，對(duì)多數(shù)物質(zhì)可以直接查現(xiàn)存的紅外圖譜、可見紫外光譜，(2)根據(jù)各物相吸收譜特性，確定一個(gè)或幾個(gè)可有效增加待分離物質(zhì)分子的動(dòng)能的波長(zhǎng)，(3)根據(jù)所需的激發(fā)波長(zhǎng)確定電磁波源激發(fā)波長(zhǎng)在微波波長(zhǎng)范圍內(nèi)，選擇合適微波爐控制電路、合適型號(hào)微波管的輻射源，使其能輸出所需波長(zhǎng)的微波，激發(fā)波長(zhǎng)在紅外、可見光、紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)，選擇具有合適功率的燈、加熱器、爐等作為輻射源，在這些輻射源輻照的通道上，加上通光波長(zhǎng)適當(dāng)?shù)臑V光片，僅讓所需波長(zhǎng)的輻射光能穿過該濾光片輻照混合物，其它波長(zhǎng)的光被該濾光片阻擋，也可以用分光元件加狹縫的方法取用所需波長(zhǎng)的光輻射，激發(fā)波長(zhǎng)在紅外、可見光、紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)，也可選擇具有合適波長(zhǎng)的普通激光器或可調(diào)波長(zhǎng)激光器，并選擇合適的激光功率、光斑直徑、光束掃描頻率、激光脈沖頻率，(4)電磁波源的激發(fā)光透光窗口輻射置于容器中的待分離的物質(zhì)上表面，待分離物揮發(fā)分離，分離過程中可對(duì)混合物進(jìn)行垂直攪拌，使混合物能上下翻轉(zhuǎn)，(5)適時(shí)取出分離物。
物質(zhì)內(nèi)部存在分子(振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，平動(dòng)等)、原子、晶格(能帶)等能級(jí)，當(dāng)外部輻射能量(光波，激光、微波等)入射物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)會(huì)對(duì)入射光吸收，當(dāng)入射光子的能量E＝hv＝hc/λ與物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)相等時(shí)，物質(zhì)對(duì)此入射光可能強(qiáng)烈吸收形成吸收峰。對(duì)應(yīng)入射光波長(zhǎng)的變化分別有微波吸收譜、紅外吸收譜、可見光吸收譜、紫外吸收譜等。物質(zhì)吸收能量，即受激后，可能以多種形式放出能量，其中一種方式就是分子加速振動(dòng)、增加其動(dòng)能引起升溫，具有高動(dòng)能的分子、原子即沖出液體或固體表面而揮發(fā)出來(lái)。不同物質(zhì)的吸收峰波長(zhǎng)是不同的，利用物質(zhì)這一性質(zhì)，用對(duì)應(yīng)于這一物質(zhì)的，能引起它升溫的吸收峰的特定波長(zhǎng)的輻射光照射它，就可以有選擇地加速該物質(zhì)分子的揮發(fā)，隨著該物質(zhì)的揮發(fā)，混合物將有降溫趨勢(shì)，也可以人為降溫，這可進(jìn)一步抑制其它物質(zhì)分子的揮發(fā)，并提高能量的利用率。這就是本發(fā)明的工作原理。
按波長(zhǎng)的不同將電磁波分成許多波段，本發(fā)明主要涉及的波段有，微波(波長(zhǎng)為米級(jí)至毫米級(jí))，遠(yuǎn)紅外(100um-15um)，中遠(yuǎn)紅外(14-3um)，紅外(3-0.7um)，可見光(0.7-0.4um)，紫外(400nm-200nm)，遠(yuǎn)紫外(200nm-101nm)，X射線(101-10-2nm)。
對(duì)固體混合物分離前應(yīng)先粉碎；對(duì)液體混合物還可以用控制溫差的方法，使液體在熱對(duì)流的作用下在容器中上下循環(huán)，以便能均勻輻照全部混合物，避免因表面待分離分子汽化后濃度降低導(dǎo)致分離效率降低。待分離物揮發(fā)出來(lái)后，需要配置冷凝器，分離過程中還要控制壓力。
本發(fā)明與現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)相比其突出優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度提高分離純度和速度，對(duì)某些相對(duì)蒸氣壓差別不大的物質(zhì)也有可能進(jìn)行高效分離，對(duì)某些十分復(fù)雜的混合物中氣化性質(zhì)接近的組分的分離也可能非常有效，而且對(duì)某些物質(zhì)的提純還可能簡(jiǎn)化工藝，降低成本。
權(quán)利要求
1.吸收譜匹配氣態(tài)分離法，其特征在于選用與待分離的物質(zhì)的特定吸收峰波長(zhǎng)相符的電磁波，輻照置于有透光窗口容器中的待分離的物質(zhì)，電磁波包括紅外、可見光、紫外、微波、激光，具體方案和步驟是(1)分析混合物各組分的吸收譜，對(duì)多數(shù)物質(zhì)可以直接查現(xiàn)存的紅外、可見紫外光等吸收光譜，(2)根據(jù)各物相吸收譜特性，確定一個(gè)或幾個(gè)可有效增加待分離物質(zhì)分子的動(dòng)能的波長(zhǎng)，(3)根據(jù)所需的激發(fā)波長(zhǎng)確定電磁波源激發(fā)波長(zhǎng)在微波波長(zhǎng)范圍內(nèi)，選擇合適的微波控制電路、合適型號(hào)微波管的輻射源，使其能輸出所需波長(zhǎng)的微波，激發(fā)波長(zhǎng)在紅外、可見光、紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)，選擇具有合適功率的燈、加熱器、爐等作為輻射源，在這些輻射源輻照的通道上，加上通光波長(zhǎng)適當(dāng)?shù)臑V光片，僅讓所需波長(zhǎng)的輻射光能穿過該濾光片輻照混合物，其它波長(zhǎng)的光被該濾光片阻擋，也可以用分光元件加狹縫的方法取用所需波長(zhǎng)的光輻射，激發(fā)波長(zhǎng)在紅外、可見光、紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)，也可選擇具有合適波長(zhǎng)的普通激光器或可調(diào)波長(zhǎng)激光器，并選擇合適的激光功率、光斑直徑、光束掃描頻率、激光脈沖頻率，(4)電磁波源的激發(fā)光經(jīng)透光窗口輻射置于容器中的待分離的物質(zhì)上表面，待分離物揮發(fā)分離，分離過程中可對(duì)混合物進(jìn)行垂直攪拌，使混合物能上下翻轉(zhuǎn)，(5)適時(shí)取出分離物。
全文摘要
吸收譜匹配氣態(tài)分離法,選用與待分離的物質(zhì)的特定吸收峰波長(zhǎng)相符的電磁波,輻照置于有透光窗口的容器中的待分離的物質(zhì)上表面,電磁波包括紅外、可見光、紫外、微波。待分離物在電磁波輻照下?lián)]發(fā)出來(lái)分離得純凈物。本發(fā)明應(yīng)用范圍廣、工藝簡(jiǎn)單、成本低,能大幅度提高分離純度和速度,對(duì)某些相對(duì)蒸氣壓差別不大的物質(zhì)也有可能進(jìn)行高效分離,對(duì)某些十分復(fù)雜的混合物中氣化性質(zhì)接近的組分的分離也可能非常有效。
文檔編號(hào)B01D57/00GK1320476SQ0110655
公開日2001年11月7日 申請(qǐng)日期2001年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者楊勇 申請(qǐng)人:楊勇