《分离科学与技术》PPT课件

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例如：金属离子的萃取
磷酸三丁酯（TBP)-煤油萃取剂 从硝酸水溶液中萃取硝酸
铀酰。金属铀离子在水溶液中以UO22+,
UO2NO3 +、
UO2(NO3)2 、UO2(NO3)3形式存在，但萃取物是中性分子：
U 2 2 O 2 N 3 O 2 T B U P 2 (N O 3 )3 .O 2 TB
大量使用有机溶剂，造成严重的环境污染
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2.2.1 萃取平衡
（1）平衡常数
Nernst 在1891年提出的溶剂萃取分配定律是：在 一定温度下，当某一溶质在互不相溶的两相溶剂(水相/ 有机相） 中达到分配平衡时，该溶质在两相中的浓度 比为一个常数，该常数称为平衡常数（KD)。
KD
[ A]org [ A]aq
• 表征的参数常有偶极矩、介电常数、油水分配系 数、溶解度参数和罗氏极性参数。
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影响分子极性的因素
➢ 分子的极性与分子结构及分子大小有关；
——分子结构指分子中所含官能团的种类、数目及 排列方式等综合因素。
——分子大小指分子碳链长度、骨架大小，与分子 量相关。
Hale Waihona Puke Baidu
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——例如，甲醇、乙醇的分子较小，有羟基基团，
现代方法：超声辅助萃取、微波辅助萃取、加 压萃取、超临界流体萃取
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2.2 溶剂萃取理论
首先用于有机物的分离，19世纪初开始用于无机物 萃取，19世纪40年代后溶剂萃取走向成熟；
仪器设备简单、操作方便、选择性较高
分离效率比很多现代分离技术低，比高效液相色谱 低2-3个数量级；
有自动化仪器，但没有得到普及，手工操作的重现 性差
与水的结构相近，是亲水性较强的溶剂，能与水 互溶。
——例如，丁醇、戊醇分子虽有羟基基团，但因分 子碳链加长，分子中非极性部分份额增大，虽然 与水互溶，但达到饱和状态后会分层。
E CorVgorg 10% 0 CorVgorgCaqVaq
Vaq ，Vorg 分别表示水相和有机相的体积，通常将有 机相与水相的体积之比Vorg/Vaq 称为相比R。
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萃取率和分配比及相比的关系为：
E C oV ro grg 1% 00 D 1% 00D 1% 00
C oV ro gr g C aV q aq
实验发现， KD是一个常数的条件是， 温度不变，溶质A在
溶液的浓度极低，且存在形式不变。溶质浓度高时， KD存
在偏离。应使用活度代替浓精选度课计件p算pt 。
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研究萃取平衡反应，根据热力学基本公式，可从一个温度 下(T1)的萃取平衡常数, 求算另一个温度下(T2)的萃取平衡常数:
lgK2lgK12. 3H 0R(3T2 T1 TT 21)
种类、溶剂种类和盐析剂等）而变化，通常由实验直接测
定，在评价方法时，分配比是一个比分配系数更有实用价
值的参数。对于简单的体系，溶质只有一个形态，溶质在
两相中的浓度都很低，则分配比与分配系数相等。
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（3）萃取率
表示一定条件下，被萃取溶质进入有机相的量。 溶质在有机相中的量
E 溶质在两相中的量 100% 对于一次萃取操作，萃取率为：
第二章、溶剂萃取
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2.1 萃取分离法的分类
2.1.1 按照萃取相种类
溶剂萃取 固相萃取 液相萃取 超临界流体萃取
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2.1.2 按照萃取体系种类
有机体系：如天然产物有效成分分离 无机体系：水溶液中无机离子的萃取
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2.1.3 按照萃取技术
经典的溶剂萃取：分液漏斗萃取
答案：萃取一次萃取率98.7%；连续萃取三次萃取率99.9%。萃 取一次水溶液中残留碘量：0.013mg;连续萃取三次水溶液中残 留的碘0.0001mg.
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2.3 无机化合物萃取（了解）
无机萃取一般包括如下过程： （1）水相中的被萃取溶质与加入的萃取剂形成萃取物（通 常是配合物）； （2）在两相界面，萃合物因疏水分配作用进入有机相，最 终溶质在两相间达成平衡。
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2.4.1 溶剂的选择原则
目标成分萃取率高，杂质成分萃取率低；（依 据相似相溶性） 不与目标成分起化学反应 价廉、易得、浓缩方便，安全无毒
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2.4.2 分子的极性 “相似相溶的判断”——依据分子的极性大小
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分子极性概念
• 极性是一种抽象概念，用以表示分子中电荷不对 称（assymmetry)的程度，大体上与偶极矩 (dipole moment)、极化度(polarizability)及介电 常数(dielectric constant)等概念有相关性。
n次萃取后，水相中残留物质的浓度Cn计算公式如下。 C0为 水相中溶质的初始浓度，即溶质的总浓度。
cn c0(VVaqaqVVorogrgD)n
当相比为1时，
cn c0(11D)n
分配比越大，萃取率越高。
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例题：已知碘在四氯化碳和水中的分配比为85，有10ml水溶液 中含碘1mg, 分别9ml四氯化碳萃取1次和每次3ml四氯化碳连续 萃取3次，计算两种情况下的萃取率和水溶液中残留的碘的量？
此式中： HH
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（2）分配比
当溶质在某一相或两相中发生解离、缔合、配位或离子聚 集现象时，溶质在同一相中存在多种状态，此时用分配比表 示溶质在两相中的分配状况。分配定律不再适用。
D溶 水质 相在 中有 各机 形相 态 中 的 [A Aii的 浓 ]oarqg量 度
分配比不一定是常数，它随实验条件（pH值、萃取剂
D V aq V org
D 1
R
相比越大萃取率越高；分配比越大萃取率越高。
思考题：对于分配比较小的物质，如何提高萃取率？ （增大相比会使萃取物质的浓度过低，不利于后面的分离分 析；多次萃取或连续萃取提高萃取率）
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当相比为1（等体积萃取）时，萃取率与分配比的关系为：
E D 100% D1
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2.4 有机萃取（重点）
在天然产物有效成分的分离、有机合成中广泛应 用。
基本原理：根据被提取成分和共存杂质的理化 特性，选择合适的溶剂和萃取技术，使目标成分从 物料（固体或液体原料）向萃取溶剂中转移。
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➢液体溶剂萃取固体物料，称为固-液萃取。 ➢液体溶剂萃取液体物料，称为液-液萃取。