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          膜結晶過程強化與控制研究進展

          發表日期:2021-06-10 15:16文章編輯:國初科技瀏覽次數: 標簽:    

          摘要

          結晶是用于固體顆粒制備的基本分離技術,其中成核和生長過程的精確調控至關重要。目前,發展同時增強整個結晶過程的新型控制技術仍然面臨巨大挑戰。膜結晶(MCr)是一種新興耦合技術,近年來取得了長足的進步,有望實現上述目標。本文綜述了MCr的基本概念及其在結晶控制和過程強化中的應用前景,對MCr用的關鍵膜材料、過程控制機制以及基于多種混合膜和結晶工藝的優化策略進行簡述。最后,概述了將MCr技術推廣到工業應用的嘗試,以及需要解決的問題和研究方向。

          1. 引言

          結晶是化工過程工程和產品工程中經典且基礎的分離技術,在化工、醫藥、生物化工和食品工程等領域得到了廣泛的應用[1–6]。促進成核和控制成核與生長之間的競爭是結晶過程的核心問題,直接影響分離效率和產品純度[7–11]。

          膜結晶(MCr)是一種通過膜傳遞調控將溶液變成過飽和狀態,同時實現溶液分離和組分固化的耦合過程,近十年來取得了巨大的進展[12–16]。作為一種高度可調且環境友好的技術,MCr最具啟發性的應用之一是將膜作為異相成核界面來觸發成核過程[17–20],為 MCr定制化膜材料開辟了一個新的研究方向。利用膜技術的獨特優勢和提高的能源利用效率[13,15,21–23], MCr可以在相對較低的能量消耗下制備所需的固體顆粒和超純溶劑[24–26]。

          此外,由于定制化的MCr材料可以提高裝置的裝填性能、生產能力,膜組件和相關的耦合工藝與傳統結晶過程相比,可以實現更高的制造能力和強化分離過程 [27–30]。膜組件的總傳質(或傳熱)系數可以確保多種結晶模式(如蒸發結晶、溶析結晶和冷卻結晶)具有充足的過飽和度。同時,結晶過程的強化也一直期待更小、更清潔、更節能的技術和設備,這一點與MCr的特征優勢完全相符[31–33]。

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          MAAC流程示意圖

          上述所有特點使MCr研究充滿了活力和挑戰,包括特定的材料制備、設備開發和工藝設計等。本文將簡述 MCr在精確過程控制和強化方面的新貢獻,概述目前仍然存在的挑戰和亟待解決的問題。

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