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分离原理与技术 第6讲(溶剂萃取)
时间:2023-11-29 15:30 点击次数:183

  本科生课程分离原理与技术第6章溶剂萃取分离法6.1基本概念6.2主要萃取体系6.3影响萃取的各种因素6.4溶剂萃取方法6.5胶体萃取6.6双水相萃取水溶液这是因为I在相间的转移过程是物理过程。而更多的情况下,被萃取对象要与试剂(萃取剂)发生化学作用。CClsolventextraction溶于某一液相中的组分,在与第二液相接触后转入第二液相的过程。又称液-液萃取。通常是水相-有机相。利用组分在两互不相溶的溶剂之间的分配行为的差异进行分离的方法—泛指任意两相间的传质过程,包括液-固萃取(固相萃取),SFE,逆流(色谱)萃取等等。—被萃物进入有机相后,再用水相将其中部分组分萃取出来。主要目的是把随目标物质进入有机相的杂质除掉。19世纪中叶人们就知道用有机溶剂萃取某些无机物。如1842年Peligot用二萃取硝酸铀酰。1872年Berthelot和Jungfleisch根据经验提出了液-液分配的定量关系。1891年Nernst从热力学观点出发阐明了液-液分配的定量关系。20世纪40年代以后,溶剂萃取走向成熟(完善的理论体系,丰富的萃取模式,广泛的应用领域)。应用范围广。既可以用于无机物萃取,又可用于有机物萃取。既可进行大量物质分离,又可用于微量组分的富集。•处理量大,适合工业规模分离,易于实现连续自动操作。org(萃取)分配常数K平衡时:orgaqorgaqaqorgorgaqorgexp[lnlnlnRTRTRTaqorgaqorgaqorgaqaqorgorg当溶质在某一相或两相中发生离解,缔合,配位或离子聚集现象时,同一溶质在同一相中就可能存在多种形态。如OsO因为同一物质的每种形态在两相中的分配系数都不一样。故分配比定义为某种物质在两相之间各形态总浓度的比值。分配比不一定是常数,随实验条件(pH,萃取剂,溶剂,盐析剂等)而变化。org可见:E得大小取决于分配比和相比(两相体溶质在两相中的总量溶质在有机相中的量100aqaqorgorgorgorgorgaqorgaqaqorgaqorg当相比为1(即Vaq对于分配比D较小的物质,可以通过减小相比(即增加有机溶剂体积)来提高萃取率,但这种作用不明显。而且,增大有机溶剂体积会使有机相中的溶质浓度降低,不利于后继分离和测定工作。可推导出(请自己推导)经n次萃取后,水相中残留溶质A的平衡浓度Cn为:orgaqorgaq其他萃取体系(如高温萃取体系)6.2.1中性配合萃取体系被萃取物与萃取剂形成中性配合物TBP2TBP6.2.1中性配合萃取体系磷酸酯;膦酸酯;次膦酸酯;膦氧化物;焦磷酸酯;膦的有机衍生物:吡啶等。6.2.1中性配合萃取体系非极性溶剂可以萃取近乎中性分子的弱酸,但不能萃取强酸;极性溶剂(醇,醚,酮,酯)可以萃取强酸。如醚萃取硝酸:与溶剂或水分子要形成氢键。6.2.1中性配合萃取体系2TBP6.2.2阳离子交换萃取体系萃取剂通常是既溶于水又溶于有机溶剂的有机酸;故在两相中有分配。nHA3(org)MAn(org)有机酸萃取金属离子的过程可以看作是水相中的阳离子与有机酸HA中的的交换反应。6.2.2阳离子交换萃取体系螯合萃取剂:-二酮(如:乙酰丙酮),8-羟基喹啉类,污类,羟胺衍生物,双硫腙,酚类。中常成为二聚体。6.2.2阳离子交换萃取体系酸性萃取酸性萃取剂对金属离子的萃取(1)萃取剂HA在两相中分配:HA(aq)HA(org)(2)萃取剂在水相中离解:HA(4)在水相形成的金属配合物(或螯合物)在两相中分配MAn(aq)MAn(org)6.2.2阳离子交换萃取体系二烷基磷酸以二聚体参与配位萃取物结构如右陆九芳p656.2.3离子缔合萃取体系萃取剂阴(阳)离子与被萃取物阳(阴)离子在水相中相互缔合后进入有机相。多数情况下是阳离子萃取剂与金属配阴离子形成的缔合体系。被萃取物以各种多样的形式被萃取。如形成非溶剂化配位盐,溶剂化配位盐,阴离子配合物等等。离子缔合萃取平衡比较复杂,定量处理比较困难。6.2.3离子缔合萃取体系NHX(org)NHX(org)NHA(org)交换能力的大小为:ClO6.2.3离子缔合萃取体系胺类萃取金属离子时,金属离子以配阴离子形式与胺生成离子缔合物。叔胺萃取硫酸铀酰——阴离子交换萃取机理2RSO4(org)UOSO4(org)+UO6.2.3离子缔合萃取体系金属阳离子与冠(穴)醚中的杂原子(O,N,S,P等)靠静电相互作用形成配合物后进入有机相。配合物的稳定性与冠(穴)醚的空穴直径,冠(穴)醚环上杂原子种类、数目和空间排列,环上取代基,金属离子的体积和电荷,溶剂性质等有关。穴醚因具有两个以上环,为三维结构化合物,其球形空穴对金属离子的配合能力比单环的冠醚要大得多。-基,因而使萃取配合物在有机相溶解性增加。6.2.3离子缔合萃取体系穴醚[2,2,2]与金属离子的配合反应6.2.3离子缔合萃取体系冠醚与阳离子配位后,阳离子原来的配对阴离子仍伴随在外。6.2.3离子缔合萃取体系冠醚萃取硝酸和从硝酸水溶液中萃取U(VI),Pu(IV)等离子的机理与萃取碱金属离子不同,而类似于TBP的萃取反应(中性配合萃取),形成溶剂化物。6.2.3离子缔合萃取体系结合形成配阴离子FeR-O-R(org)R-O-R(org)6.2.3离子缔合萃取体系一些阳离子先与大分子螯合配位体形成配阳离子,配阳离子再与水相中的大阴离子(ClO缔合后进入有机相。如Fe先与联吡啶形成配阳离子,再与ClO缔合(缔合物如右)6.2.4协同萃取体系混合萃取剂同时萃取某一物质时,其分配比显著大于相同浓度下各单一萃取剂分配比之和。即:6.2.4协同萃取体系含磷萃取剂(B)TBPBDBPTOPO单独含磷萃取剂0.00020.0020.06单独P204萃取剂P5混合萃取剂协同协萃系数3.525.925.9TBP=磷酸三丁酯;BDBP=二丁基膦酸丁酯;TOPO=三辛基氧膦6.2.4协同萃取体系生成的配合物疏水性更强,更易进入有机相中。如单独阳离子交换萃取反应:HA(org)MAn(org)加入中性配合萃取剂S后的协同萃取反应:HA(org)6.2.4协同萃取体系如果形成的萃合物中含有自由萃取剂HA,则加入中性萃取剂S后,S取代HA生成更稳定或更疏水的萃合物。UO+3HOx(org)HOx(org)+2HHOx(org)+TOPO(org)TOPO(org)+HOx(org)有时,加入强配位体后,也可以部分取代配位数已饱和的单一配体萃合物。Pu(TTA)4(org)

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