一种电催化分离装置

1.本实用新型涉及化工装备技术领域，特别涉及一种电催化分离装置。


背景技术：

2.分离纯化是将一个混合物转变为组成互不相同的两种或两种以上纯净产物的操作。柱层析法，又称色谱法或色层法，作为常用的分离纯化方法之一，是通过在固定相和流动相之间的物理和化学分配差异将混合物中的两种或多种化合物相互分离的方法，具有分辨率高、灵敏度高、选择性好等优点，已广泛应用于制药、食品、化工等领域。然而，柱层析法耗时长、所需溶剂量大，成为限制其大规模应用的技术瓶颈。因此，缩短分离时间和提高溶剂利用率将成为今后改性柱层析分离法的重点。
3.柱层析的工作效率本质上取决于待分离物质在固定相和流动相中的分配系数。电场作用下，带电粒子定向迁移，通过调控电场的方向和强度可有效调节带电物质的运动路径，从而影响其与固定相的吸附、洗脱效果。例如，毛细管电泳是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。然而，以毛细管电泳为代表的电泳技术往往存在处理量少、制备能力差等缺陷，难以满足大规模工业化的需求。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在提供一种电催化分离装置，利用电场驱动带电粒子定向迁移的作用，强化传热传质，并提高待分离物质与柱层析的固定相之间的吸附效率，从而强化物料中各组分的分离纯化效果。
5.为了实现上述目的，本实用新型具体采用如下技术方案：
6.一种电催化分离装置，包括：
7.储液瓶；
8.恒流泵；
9.电催化处理室，所述电催化处理室包括三相变压器磁芯，所述三相变压器磁芯的中间相上绕制有初级金属线圈，所述三相变压器磁芯的两侧相上绕制有分离管，所述分离管内设置有填料，分离管接收从恒流泵流出的待分离液体；
10.交变电源，与初级金属线圈电连接；
11.收集器，接收经分离管分离后的液体。
12.优选的，所述分离管进口处设置有储料室。
13.优选的，所述储料室口径大于分离管的管径。
14.优选的，所述三相变压器磁芯是由硅钢片或非晶合金组成的闭合铁芯。
15.优选的，所述交变电源能够发出频率50-1000hz，电压10-1000v的正弦波。
16.优选的，所述交变电源对初级金属线圈施加激励电压后，三相变压器磁芯中承载的总磁通量范围为0-5wb，磁回路的初始磁导率为800-90000h/m。
17.优选的，所述三相变压器磁芯(202)长60cm，高52cm，厚度10cm，所述初级金属线圈
1000hz，电压10-1000v的正弦波。工作时，贮存于储液瓶101中的待分离的料液在恒流泵102的作用下恒速进入电催化处理室103，然后经过感应电场辅助吸附分离后流入收集器104。
33.如图2所示，所述电催化处理室103包括三相变压器磁芯202，所述三相变压器磁芯202是由硅钢片或非晶合金组成的闭合铁芯，长60cm，高52cm，厚度10cm。所述交变电源105对初级金属线圈203施加激励电压后，三相变压器磁芯202中承载的总磁通量范围为0-5wb，磁回路的初始磁导率为800-90000h/m。
34.所述三相变压器磁芯202的中间相上绕制有初级金属线圈203，初级金属线圈203与交变电源105电连接，所述初级金属线圈203为铜线圈，匝数为5-50匝。
35.所述三相变压器磁芯202的两侧相上绕制有分离管204，所述分离管204为电绝缘材料的管，如玻璃管等。所述分离管204内设置有填料，如大孔树脂等材料，分离管204接收从恒流泵102流出的待分离液体；所述分离管204进口处设置有储料室201，储料室201口径大于分离管204的管径，以方便进料。分离管204的出料口206之前设置有分隔器205，以防止填料流出，分隔器205可以选自隔离网、隔离膜或棉花等。在分离管204外侧还可以设置有恒温夹套层(图中未示出)，通过通入不同温度的流体以保持玻璃弹簧中反应溶液的温度。在本实施例中，分离管204匝数3-10、内径10-50mm。
36.本实用新型电催化分离装置工作时，贮存于储液瓶101中的料液在恒流泵102的作用下从电催化处理室103的顶部储料室201泵入分离管204中形成流路，交变电源105发出的交变电流作用于初级金属线圈203，在三相变压器磁芯202中诱导产生交变磁通，以料液在分离管204中形成的流路作为三相变压器的次级线圈，则三相变压器磁芯202中的交变磁通将进一步诱导将磁信号转换为电信号并传递给分离管204内的吸附填料、料液、目标组分、洗脱剂等，从而使其受到电场力以及洛伦兹力的作用，最终达到强化吸附、分离的目的。
37.更具体地讲，本实用新型的电催化分离装置的原理主要在于：
38.本实用新型的基本结构是三相变压器磁芯202，根据法拉第电磁感应定律，当在变压器的初级金属线圈203上施加频率f的激励电压(u
p
)，则初级金属线圈203中产生瞬时的感应电压(e
p
)，该感应电压会在三相变压器磁芯202中诱导产生交变磁场(磁通φm)，产生的交变磁通则进一步地在具有电导性的次级线圈中诱导产生交变的瞬时感应电动势(es)。假设整个过程中没有漏磁损耗，则初级金属线圈203的瞬时感应电压值e
p
如公式1所示：
[0039][0040]
其中，n
p
为初级金属线圈203的匝数。
[0041]
由于初级金属线圈203所施加的激励电压(u
p
)呈现正弦变化，在三相变压器磁芯202中诱导产生的磁通φm也呈现正弦变化：
[0042]
φm＝φ
mp
sinωt
ꢀꢀꢀ
(2)
[0043]
其中，φm为互感磁通的峰值，ω为角速度，且ω＝2πf，f为频率。
[0044]
对于正弦信号来说，峰值电压为有效值的倍，因而初级金属线圈203的感应电压有效值e
p
为：
[0045]
[0046]
同理，在相同交变磁场下，次级线圈产生的瞬时感应电压值为es为：
[0047][0048]
其中，ns为次级线圈的匝数。
[0049]
同理，次级线圈的感应电压有效值es：
[0050][0051]
生化料液中一般都含有一定量的带电物质，在电场和磁场作用下会受到安培力和洛伦兹力的作用，造成其运动轨迹的偏移；同时电场可促进化学反应底物间的电子流动、磁场可改变分子、原子及电子的自旋方式和自旋取向，即影响反应体系的熵，从而改变待分离物质与填料、流动相间的分配系数，强化吸附分离效率。
[0052]
在图1-2所示典型实施方案之中，所述电催化分离装置的方法，按照下述步骤进行：
[0053]
步骤1：装柱，将预处理后的吸附填料搅拌成悬浮液缓慢倒入分离管204，使其自然沉降，装柱过程中防止起泡的产生，待装料到达一定高度后，停止加入，进行柱子平衡。
[0054]
步骤2：吸附，通过恒流泵102将制备好的料液泵入储料室201，均匀流入分离管204内的吸附填料中，形成稳定的流路，打开交变电源105，调节电压和频率值，从大到小线性递减的方式降低电压和频率值，检测流出液的成分变化，待吸附饱和后，关闭电源，终止吸附。
[0055]
步骤3：洗脱，用蒸馏水冲洗吸附填料一段时间后，利用制备好的不同浓度的洗脱剂依次通过恒流泵102泵入分离管204中，调节恒流泵102流量，洗脱并收集洗脱液，直至洗脱完全为止。
[0056]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。