第三章 溶剂萃取分离法-xin

一、溶剂萃取的发展史
1842年，Peligot首先用二乙醚萃取硝酸铀酰。 1863年，Brawn将二乙醚用于硫氰酸盐的萃取。 1892年，Rothe等用乙醚从浓盐酸中萃取HFeCl4 1872年，Berthelot提出了萃取平衡的关系式。
1891年，Nernst提出Nernst分配定律。
20世纪40年代，自采用TBP（磷酸三丁酯）作为核燃 料的萃取剂以来，萃取技术得到了更广泛的发展。
一、溶剂萃取分离法的原理

1. 溶剂萃取的定义和本质
（definition and essence of solvent extraction)

2. 分配系数
(distribution coefficient)

3. 分配比
(distribution ratio)

4. 萃取率
(extraction rate)
二、溶剂萃取的发展方向




合成毒性小而萃取性能优异的萃取剂 结合现代化方法进行萃取动力学研究 与其他分离和测定方法相结合 结合红外、核磁共振等研究萃取机理 用于湿法冶金，尤其是铂族元素、稀土元 素、铀、钍、钪等的湿法冶金 研究固体萃取机理、动力学和应用
§3－2
溶剂萃取分离法
一、溶剂萃取分离法的原理
DVO DVO VW
D D VW / VO
第二节 溶剂萃取分离法
4. 萃取率（E）
Vw R Vo D E DR 当 R = 1 时，
称为相比
E D D 1
D E% 1 50 10 91 100 99 1000 99.9
100
D
1.0
0.01
0 50 100
E%
第二节 溶剂萃取分离法
第二节 溶剂萃取分离法
二、溶剂萃取分离法基本概念





萃取液和萃余液：萃取分层后的有机相称为萃取液，此 时的水相为萃余液 萃取剂：使金属离子从亲水性转变为疏水性的试剂 萃取溶剂：指不与水混溶且能够构成连续有机相的液体 萃合物：指萃取剂与被萃取物形成的化合物 反萃取剂：使被萃取物返回水相的物质 抑萃络合剂：指溶于水且与被萃金属离子形成溶于水而 不溶于有机相的试剂 盐析剂：指易溶于水而不被萃取，但能促进萃合物转入 有机相的无机盐类
) = 0.13 mg
(2). 每次用30 mL分3次萃取时:
m3
=
mo (
VW DV O + V W 100 85x30 + 100
)
3
= 10 (
)
3
= 5.4 x 10
-4
mg
E
m o ,总 m W ,总＋m o ,总
10－5.4 10－4 ＝ ＝99.95％ 10
可见: 同量的萃取溶剂,分几次萃取的效率 比一次的萃取的效率高
萃取分离中, 在什么情况下, 分配系数K与分配 比D相等? A.溶质在两相中的溶解度相同 B.溶质在两相中的存在形式相同 C.溶质在两相中的Ksp相同 D.分配系数K=1 B
第二节 溶剂萃取分离法
4. 萃取率（E）
[定义]
A在有机相中的总量 E A在两相中的总量和

C A ,O VO C A ,O VO C A , W VW
C A,O (m0 m1 )/VO D C A,W m1 /Vw
移项, 整理:
m1 = mo (
Vw D Vo + V w )
1
在用新鲜的 Vo mL
第二节 溶剂萃取分离法
萃取, 完成后,W相A还剩m2 g, 则O相有: (m1 – m2) g
D=
m1 - m2
C A ,o C A ,w = Vo
连续萃取5次，总萃取率为87 % ，则该物质在此萃取体系
中的分配比是多少?
解：
mo mn mo mn E mo mo mo vW 5 0.87 1 ( ) DVO VW 设 m o 1g , 则： E 1 m n
100 5 0.87 1 ( ) D 10 100
D=
=
KD ( 1 + 2 Kp [ HAc ]o ) 1 + Ka / [ H+ ]w
可见：D随[HAc]o 和[H+]w而变！
第二节 溶剂萃取分离法
3. 分配比（D）
讨论：
1. 分配比考虑了被萃取物的各种化学形式在两 相中的分离总效果。D值越大，萃取越完全。一 般D>10，萃取已很完全。 2. 分配比不是一个常数，它与被萃取物的起始 浓度、水相的酸度、萃取剂浓度、掩蔽剂、温 度等因素都有关。
第二节 溶剂萃取分离法
例3.用苯萃取等体积的乙酰丙酮的水溶液，萃 取率为84 % ，则乙酰丙酮在苯与水两相中的分 配比是多少? 若使乙酰丙酮的萃取率达97%以上， 至少用等体积的苯萃取几次?
解：
0.84
D
D VW
D = 5.25
VO
第二节 溶剂萃取分离法
VW n 0.97 1 ( ) DVO VW

5. 分离系数 (separation coefficient)
第二节 溶剂萃取分离法
1. 溶剂萃取的定义和本质
[定义]溶剂萃取是利用物质在互不相溶的两 相中的不同分配特性进行分离的方法 优点：设备简单、操作快速、 分离效果好。 缺点：劳动强度大、有机溶 剂易挥发、易燃、有毒。
第二节 溶剂萃取分离法
例2. 有100mL含I210mg的水溶液,用90mLCCl4分别 按下列情况萃取(D=85):(1)全量一次萃取; (2)每次 用30mL分3次萃取. 求萃取百分率各为多少?
解: (1). 全量一次萃取时:
m1 = mo (
= 10 (
Vw )
1
D Vo + V w
100 85x90 + 100
EDTA是否属于抑萃络合剂？
第二节 溶剂萃取分离法
对萃取剂的一般要求



萃取剂至少要有一个与金属组分发生键合 的官能团（如O,N,S等） 具有较长碳链或芳环（保证易溶于有机相 而难溶于水），但不能太长。 选择性较高 化学稳定性好，不易水解，毒性小，形成 的萃合物反萃容易
第三章 溶剂萃取分离
Solvent extraction 第一节 第二节 第三节 概述 溶剂萃取分离法 溶剂萃取分离法的应用
第四节
第五节
萃取色谱
新的萃取技术
§3－1
概 述
一、溶剂萃取的发展史
（History of solvent extraction）
二、溶剂萃取的发展方向
（Trends of solvent extraction）
例1:在HCl介质中,用乙醚萃取Ga时,D = 18,若萃
取Ga时V水 = V有,则Ga的E = ?
解:
D E D VW / VO
E= 18 18 + 1 = 94.7%
第二节 溶剂萃取分离法
多次萃取
设最初:
VW mL mo Vo A
萃取完成后, W相A还剩m1 g, 则O相有: (mo - m1) g
Aw Ao Bw Bo
KD=
[A] o [A]w
KD=
[B] o [B] w
KD即为分配系数。
第二节 溶剂萃取分离法
2. 分配系数（KD）
讨论：
1. 分配系数仅是一个近似常数，当萃取物浓度 较低（I＝0）且有机相和水相中萃取物的型体 完全相同时，它才仅是温度的函数。 2. 分配系数是表征萃取体系分离物质特性的重 要参数。分配系数大的物质较分配系数小的物 质更大比例的进入有机相。两种物质的分配系 数相差越大，该萃取体系分离这两种物质的效 果越好。
例:
电离平衡:
[H ]W [Ac ]W Ka [HAc]W
聚合平衡:
Kp [(HAc) 2 ]o [HAc]O
2
分配比:
C HA c , o C HA c , w =
分配平衡:3; [Ac ]w
[HAc]O KD [HAc]W
常见的亲水基团: —OH、—SO3H、—COOH、 —NH2、=NH等。
常见的疏水基团: —R、—RX、—Ar等。
第二节 溶剂萃取分离法
2. 分配系数（KD）
1891年，Nernst发现了分配定律：“在一定温 度下，当某一物质在两种互不混溶的溶剂中分配 达到平衡时，则该物质在两相中的浓度之比为一 常数。”
第二节 溶剂萃取分离法
Exercise 1
1. 在萃取分离达到平衡时溶质在两相中的浓度比称为
A.浓度比 B.萃取率 C.分配系数 D.萃取回收率
C
2.液-液萃取分离的基本原理是利用物质在两相中的 A.Ksp不同 B.溶解度不同
C.分配系数不同
D.存在形式不同
C
第二节 溶剂萃取分离法
Exercise 2
1. 溶剂萃取的定义和本质
[本质] 将物质由亲水性转化为疏水性的过 程，即把物质从水相进入有机相的过程。 （相反的过程称为反萃取） 亲水性（hydrophilic） 易溶于水难溶于有机溶剂的性质。 疏水性（hydrophobic） 易溶于有机溶剂难溶于水的性质.
第二节 溶剂萃取分离法
物质对水的亲疏性是有一定规律的： (1) 离子都有亲水性。 (2) 亲水基团越多亲水性越强。 (3) 疏水基团越多、分子量越大、疏 水性越强。
m2
Vw
移项, 整理:
VW VW 2 1 ) m 2 m1 ( ) mo ( DVo VW DVo VW
第二节 溶剂萃取分离法
n 次萃取, 水相中剩余的量为mn g , 则:
Vw n ) D Vo + Vw