环境科学与工程学院2015级硕士研究生。
化工传质与分离》
试题（开卷）
1. 简述膜分离技术的特点、常用膜分离技术的基本原理及其在环境领域的应用（至少五种，侧重于应用）。（10分）
答：膜分离技术的优点。
1) 膜分离过程属于速率分离过程，一般不发生相变，因此与有相变的平衡分离方法相比能耗低；
2) 多数膜分离过程在常温下进行，特别适用于热敏性物质的分离；
3) 膜分离过程一般不耗或少耗化学试剂，对产品无二次污染，且成本低操作方便、设备结构紧凑、维护费用低；
4) 分离效率高，膜性能可调节，应用范围广，适合于无机物、有机物及生物物质的制备；
5) 工艺适用性强，可实现连续分离，易与其他过程相结合（联合过程），易于放大，处理规模可调；
膜分离的缺点
1) 在膜的运行过程中可能会发生浓差极化和膜污染，使其分离性能劣化；
2) 使用寿命有限；
3) 固膜分离存在选择性低，因而在高纯度分离的应用中受到限制。
常用的膜分离技术。
1) 微滤(mf)
微滤技术是目前所有膜技术应用最广泛的一种膜分离技术。微滤主要用于过滤0.1～10pm大小的颗粒、细菌、胶体。
其过滤原理和普通过滤相似，属于筛网过滤。微滤过滤具有操作压力低(<0.2 mpa)，对水质的适应性强、占地面积小的优点。
微滤作为较经济的微过滤方式在饮用水处理方面应用广泛，可代替常规的澄清过滤和二沉池，在水质波动较大时仍可连续处理，占地面积小；用于各种废水的预处理，以降低浊度、悬浮物，满足后处理进水要求。
2) 超滤(uf)
超滤膜也属于压力驱动膜，其分离原理一般认为是筛分过程。其孔径范围为0.05～1 nm。
超滤主要用于去除固体颗粒物、悬浮物、从溶液中分离大分子物质和胶体。用超滤膜处理电泳涂漆废水已在我国****、电器工业部门祷到了广泛应用，通过超滤膜的分离特性将有大量金属离子杂质的电泳漆从废水中**出来重新利用。
3) 纳滤(nf)
纳滤介于反渗透和超滤之间，是20世纪80年代出现典型的反渗透复合膜之后研制开发的又一种新型分子级的膜分离技术。纳滤也属于压力驱动型过程，其操作压力通常为0.5mpa～1.
0mpa；纳滤膜的一个显著特点是具有离子选择性，它对二价离子的去除滤高(95%以上)，一价离子的去除率低(40%～80%)”因此纳滤广泛应用于河水及地下水中含三卤甲烷中间体thm、低分子有机物、农药、异味、硝酸盐、硫酸盐、氟、硼、砷等有害物质的去除，废水的脱色，废水中不同有机物的分级浓缩。
4) 反渗透(ro)
反渗透膜几乎对所有的溶质都具有很高的脱除率，反渗透出水水质很高，在水处理中通常用于除盐处理。反渗透在环保领域的大规模应用是饮用水质的改善、城市污水、工业废水和垃圾渗滤液的处理。
5) 液膜(lm)
液膜就是悬浮在液体中的一层很薄的乳液颗粒，其分离机理通常认为是选择性渗透、化学反应、萃取和吸附。液膜和同膜相比具有传质速度快、选择性高、分离效率高的特点。液膜分离特别适合于溶液中特定离子和有机物的分离。
液膜分离已应用于医药化工、湿法冶金和废水处理等研究领域。采用表面活性剂的液膜处理某工厂含酚废水除酚率大于99%。液膜法处理含有氨、苯胺和其它苯胺类化合物的废水，废水中氨、苯胺类物质的去除率达到98%以上。
6) 集成膜技术(imt)
集成膜技术就是将膜技术与其它传统工艺的优化组合，将膜技术和传统工艺技术进行优化组合可进一步拓展膜技术的应用领域，充分发挥膜技术的节能、高效等优越性，有效的降低生产成本。如采用浸没式活性污泥的反应器处理生活污水造纸黑液中**木质素磺酸钠要用絮凝、uf和ro等方法集成；采用生物发酵制取无水乙醇要用膜反应器，蒸馏和渗透汽化等方法集成去除废水中有毒物质需采用膜萃取及反萃取将毒物浓缩，再放入膜反应器中净化等方法集成。采用集成膜技术可以使各种废物变废为宝，有效的减轻环境污染，延长组件的使用寿命。
2. 简述影响萃取剂萃取性能的基本因素以及萃取剂选择的基本标准。（10分）
答：萃取是利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法。
影响萃取剂性能的基本因素。
1) 萃取基团性oh生成沉淀的离子易于被以o为萃取基团的萃取剂萃取；能与nh3生成络合物的离子易于能的影响。
类比原则：能与被以n为萃取基团的萃取剂萃取；能生成硫化物沉淀的离子易于被以s为萃取基团的萃取剂萃取。
软硬酸碱原则：软亲软、硬亲硬。
2) 空间位阻的影响：一般随空间位阻的增加，萃取剂的萃取效率下降。
3) 溶解度的影响：萃取剂必须在水相及有机相中有很好的平衡。
萃取剂的选择标准：
4) 萃取剂分子中至少有一个萃取功能基，通过功能基与被萃取物结合形成萃合物；
5) 萃取剂分子中至必须有相当长的烃链或芳环，其目的是使萃取剂及萃合物易于溶于有机相，而难于溶于水相；
6) 络合剂应该具有相应的官能团，与待分离溶质的络合键能要足够大，以便形成络合物，实现相转移，该键能还要相对较低，使络合物容易完成反萃取时的逆向反应，使络合剂得到再生；
7) 在发生络合反应和**溶剂时，溶剂的萃水量应尽量小或者容易实现溶剂水中的去除；
8) 络合萃取过程中应无其他副反应，络合剂应该具有一定的热稳定性，不易分解或降解，以免发生不可逆的损失；
9) 合反应在正逆反应方向上均应在一定条件下具有足够快的速率。
3. 简述离子交换过程中影响离子交换速率的因素。（10分）
答：影响离子交换速率的因素。
1) 树脂的粒度：小颗粒树脂总是相应于大的交换速率，颗粒均匀的树脂比不均匀的树脂交换速率快；
2) 树脂的交联度：树脂交联度越大，树脂的溶胀性越差，从而影响离子在树脂颗粒内部扩散的速率；
3) 温度：提高温度既提高了扩散速率，又提高了交换反应速率，从而加快了整个交换反应速率；
4) 溶液浓度：在溶液浓度小于0.01mol/l时，总的交换速率可由膜扩散决定，浓度增加，膜扩散速率上升；当浓度大于0.
01mol/l时，树脂内扩散变成控制步骤，继续提高溶液浓度意义不大；
5) 搅拌速度：加大搅拌速率可以减小膜厚度从而提高扩散速率，但搅拌达到一定值时，交换速率不再上升；
6) 离子交换的性质：主要是离子的价态和水化离子的大小，离子价态越高，吸引力越大，扩散速率越快，水化离子越大，则越难扩散。
4. 简要说明质谱技术的特点以及不同质谱电离方式（ei、ci、esi、apci）的优缺点。（10分）
答：质谱分析法是利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律，按照离子的质荷比大小对离子进行分离和测定从而对样品进行定性和定量分析的一种方法。
质谱技术的特点：质谱不属波普范围；质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关；质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱，谱图与分子结构有关；质谱法进样量少，灵敏度高，分析速度快；质谱是唯一可以给出分子量，确定分子式的方法。
不同质谱电离方式优缺点。
1) 电子电离(ei)
电子电离优点。
1 非选择性电离，只要样品能气化都能够离子化；
2 离子化效率高，灵敏度高；ei谱提供丰富的结构信息，是化合物的“指纹谱”；
3 有庞大的标准谱库供检索，谱库中的谱图是在70ev条件下获得的，图谱重复性好，被称作“经典”的ei谱。
电子电离缺点。
1 样品必须能气化，不适于难挥发、热不稳定的样品；
2 有的化合物在ei方式下分子离子不稳定易碎裂，得不到分子量信息，图谱复杂，解释有一定困难；
3 ei方式只检测正离子，不检测负离子。
2）化学电离(ci)
化学电离优点。
1 ci是获得分子量信息的重要手段；
2 可通过控制反应，根据离子亲和力和电负性选择不同的反应试剂，用于不同化合物的选择性检测。
化学电离缺点。
1 和ei一样要求样品必须能气化，适用于热稳定性好、蒸气压高的样品，不适用于难挥发、热不稳定的样品；
2 ci图谱重复性不如ei图谱，没有标准谱库，只有少量专用库或自建谱库；反应试剂容易形成较高的本底，会影响检测限；
3 ci的操作比ei源相对难一些，反应试剂的压力需要摸索。
3）电喷雾电离(esi)
电雾电离优点。
1 质量数可达70000da；
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