溶剂萃取与离子交换

1）离子交换树脂的结构
离子交换树脂是一种不溶于溶剂的带有能够离解的功能团的高分子化合物，一般由以下三部分构成：高分子部分、交联剂部分、功能团部分
2）离子交换树脂的分类
按功能基的性质分类：强酸性阳离子交换树脂
弱酸性阳离子交换树脂
强碱性阴离子交换树脂
弱碱性阴离子交换树脂
螯合树脂
氧化还原树脂
两性树脂
4、离子交换树脂的选择
2、离子交换反应的表示方法
R—SO3H + NaCl = R—SO3Na + HCl
R—NOH + NaCl = R—NCl + NaOH
四．
1、离子交换树脂的选用原则
树脂类型的选择
树脂形态的选择
特殊树脂的选择
其他因素对树脂选择影响
2、离子交换树脂使用前的处理
溶胀：即用纯水浸泡树脂使其充分溶胀，以使树脂内部的空隙得以打开。
2、用强碱性阴离子交换树脂净化钨酸钠溶液并转型
目的：净化除磷、砷、硅、锡等杂质
将Na2WO4溶液转型为(NH4)2WO4溶液
3、离子交换色层法分离稀土元素
1）离子交换色层分离稀土的设备图
《溶剂萃取与离子交换》论文
冶金0803
毛露静
0503080312
选用树脂与分离组分的性质(离子种类与形式)、体系特点（浓度、pH值等介质条件）以及分离要求等因素有关
对树脂性能的基本要求：交换容量大
•选择性好
•交换速度大
•强度大
•稳定性好
•解吸与再生容易
三．
1、离子交换反应
1）离子交换反应发生的原理
离子交换树脂功能团上的可交换离子（即反离子）由于热运动的结果，它们可在树脂网状结构空间内自由运动（但由于功能团上固定离子的相反电荷的静电引力的束缚，运动只限于网状结构空间内），当溶液中的离子与树脂的可交换离子所带电荷符号相同，并且扩散到树脂内部时，两者便会发生交换反应，而树脂的骨架及固定离子基团在交换反应中不发生变化。
式中[M]1、[M]2分别为达到平衡后，溶质在1、2两相中的浓度，λ称为能斯特分配平衡常数，简称分配常数。
定律成立的前提条件是：
1.两溶剂基本不互相混溶
2.温度一定
3.溶质在两相中的分子式相同或分子量相等
2、萃取过程的基本参数
1）分配比（D）
2）萃取比（E）
3）萃取率（q）
4）分离系数（βA／B）
四．
稀释剂（diluent)：指萃取剂溶于其中构成连续有机相的溶剂。例如磺化煤油。稀释剂虽与被萃物不直接化合，但往往能影响萃取剂的性能。（改善有机相的物理性质如：密度、粘度、表面张力）
极性改善剂（相调节剂/添加剂）：为了避免萃取或反萃取时产生稳定的乳化或生成第三相，有时还要往有机相加入一些高碳醇或其他有机化合物，增加萃取剂、萃取剂的盐类或萃合物的溶解度。这些有机化合物统称为极性改善剂（相调节剂）。
萃取剂(extractant or extracting agent)：一种能与被萃物作用生成一种不溶于水相而易溶于有机相的化合物，从而使被萃物从水相转入有机相的有机试剂
萃合物（extracted complex)：萃取剂与被萃取物发生化学反应生成的不易溶于水相而易溶于有机相的化合物（通常是一种络合物）称为萃合物。
2、离子交换剂
是一类能发生离子交换的物质，分为无机离子交换剂和有机离子交换剂（离子交换树脂）。
3、离子交换的基本过程
包括吸附和解吸两个基本阶段
在实际操作中根据任务的需要可能有不同模式：
吸附-漂洗-解吸
吸附-漂洗-解吸-漂洗
吸附-漂洗-淋洗-解吸-漂洗-再生
4、离子交换相比于溶剂萃取的特点
没有萃取法中有机相的夹带、溶解及乳化问题
操作简单，易掌握
离子交换树脂的交换容量有限，不宜处理浓溶液
速度较慢，用水量大
二．
1、离子交换剂
离子交换剂是一种带有可交换离子（阳离子或阴离子）的不溶性固体，它具有一定的空间网络结构，在与水溶液接触时，就与溶液中的离子进行交换，即其中可交换离子被溶液中的同符号离子取代。
2、离子交换剂的分类
3、离子交换树脂
1、萃取串级方式的选择
萃取操作方式:
–间断式(批量式)
–连续式
•单级萃取:
–将含有被萃组分的水溶液与有机相充分混合接触,经一定时间后,被萃取组分在两相间的分配达到平衡,两相分层后,把有机相与水相分开,此过程称为单级萃取.
•串级萃取：
–所谓串级萃取,是把若干个单级萃取器串联起来,使有机相和水相多次接触,从而大大提高分离效果的萃取工艺.
1）能溶解萃取剂、萃合物和改质剂
2）在水中溶解度小
3）有较高的闪点和较低的挥发性
4）在操作条件下化学稳定性好
5）价廉易得，毒性小
三．
1、能斯特分配定律
当某一溶质在基本上不相混溶的两个溶剂中分配时,如在给定的温度下在两相达到平衡以后,如溶质在两相中分子式相同,则其在两相中的浓度的比值为一常数.
λ＝[M]2/[M]1＝常数
范德华力：范德华力存在于任何分子之间，其大小随分子的极化率和偶极矩的增加而增加。
氢键：氢键A－H···B的生成（其中A和B为电负性大而半径小的原子如氧、氮、氟）依赖于溶剂分子具有给电子的原子B和受电子的A－H键。
氢键比范德华力强（氢键的解离能为13-42kJ/mol，比范德华力约强10倍）
5、对稀释剂的要求
ຫໍສະໝຸດ Baidu五．
溶剂萃取在冶金工业中的应用可以归纳为：
•从低浓度浸出液中选择性萃取、富集有价金属。
•萃取分离杂质，净化有价金属溶液。
•相似金属元素萃取分离。
•从废水、废液中萃取回收有价成分或萃取浓缩有害成分。
离子交换部分
一．
1、离子交换
离子交换过程是被分离组分在水溶液与固体离子交换剂之间发生的一种化学计量分配过程。
洗涤（washing)：又称为萃洗，上一阶段得到的含有被萃取金属离子的负载有机相，因含有少量杂质离子，故在另一个接触器中与合适的另一水相接触，使杂质离子进入这一水相。
反萃取（stripping)：简称反萃，经洗涤后的负载有机相在第三个接触器中与合适的水溶液接触，使被萃取金属离子进入水相并送往后续提取单元过程处理。此时有机相可直接返回萃取阶段或者经适当处理后返回萃取阶段再次使用（此时的有机相称之为空白有机相）。
2、基本过程
二．萃取剂及相关溶剂
一、1、萃取剂的分类
①中性萃取剂：如醇、醚、酯、酮等，它们在水中一般为中性。
②酸性萃取剂：如羧酸、磺酸、有机磷酸等，这是一类有机酸，它们在水中一般显酸性，能电离出H+。
③碱性萃取剂：如各种有机胺，这是一类有机碱，它们在水中能加合H+，其碱性一般强于NH3。
④螯合萃取剂：这是一类在分子中同时含有两个或两个以上配位原子，可与中央离子形成螯合环的有机物。
清洗：新树脂使用前需要清洗，以洗去其中的悬浮物及残留的化学试剂。
转型：清洗后的树脂要根据工艺要求经过转型才能使用。
3、离子交换的操作程序
交换吸附-——解吸和再生——洗涤或漂洗——淋洗
4、离子交换的柱上操作
装柱——通液
5、离子交换柱的联接操作
单柱操作多柱轮回操作多柱串联操作
6、树脂中毒和消除
五．
1、脱盐纯水的制备
2、萃取设备
（1）按操作方式分类
逐级接触式萃取设备
连续接触式萃取设备
（2）按产生逆流的方法分类
借重力产生逆流
借离心力产生逆流
（3）按两相混合方式
重力
机械搅拌
机械振动
脉冲
超声波
3、萃取过程中的第三相和乳化
第三相：在溶剂萃取过程中有时在两相之间形成一个密度居于两相之间的第二有机液层的现象称之为三相。
乳化：由于搅拌（混合）过于激烈，分散液滴直径达到0.1至几十微米之间，形成通常意义所说的乳状液，在一定条件下，这种乳状液会变得很稳定，不分相或需经过很长时间才分相，使连续萃取作业无法进行，这一现象就称为乳化
目录：
溶剂萃取部分
一．溶剂萃取基本概念
二．萃取剂及相关溶剂
三．
四．
五．
离子交换部分
一．
二．
三．
四．
五．
1、概念解释
萃取（extracting)：使含有萃取剂的有机相与含有欲被提取的金属离子的水溶液在一个接触器中充分混合，此时发生化学反应，被萃取的金属离子与萃取剂生成萃合物而进入有机相（此时的有机相称之为负载有机相）。澄清以后，分离两个液相，水相如已不含有价金属离子则可弃去（称之为残液），如含有其它可被回收的有价金属离子，则进一步处理回收（此时称之为萃余液）。
4、稀释剂的分类
1）根据溶剂极性大小分类：
极性溶剂：介电常数大的溶剂（不利于萃取剂分子的締合）
非极性溶剂：介电常数小的溶剂（利于萃取剂分子的締合）
介电常数：表示某溶剂分离电荷的能力和使它的偶极定向的能力。溶剂极性越大，溶剂的介电常数越大。
2）根据溶剂极间形成氢键的能力分类：
溶剂与溶剂之间的两种作用力：
2、对萃取剂的一般要求：
（1）有较大的萃取容量
（2）选择性好
（3）易于反萃，不易发生乳化
（4）比重小，粘度低，表面张力大，沸点高，挥发性小，闪点高，在水中溶解度小
（5）化学稳定性好，毒性小
（6）容易制备，来源丰富，价格便宜
3、稀释剂
稀释剂—能溶解萃取剂和萃取剂与待萃组分所形成的萃合物，且与被萃取物没有化学结合的惰性溶剂。一般包括饱和烃、芳烃及某些卤代烃。