第四讲+萃取分离技术
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络合萃取法实现反萃取和溶剂再生过程相对比 较简单，络合萃取中的萃余物是可逆络合反应的
产物，正确选择络合反应中的反应键能，灵活使 用萃取过程的“摆动效应”，可以十分顺利地完 成反萃取和溶剂再生过程，回收有价值溶质，使 萃取剂循环使用；
络合萃取法的二次污染小、操作成本低，与物
理萃取相比，络合萃取剂的溶剂选择并非依据 “相似相溶”原则，其在水中的溶解度一般比物 理萃取剂小的多，萃取溶剂流失少，二次污染小。 多数情况下，络合萃取过程在常温下操作，且可 连续作业，便于实现自动化操作和控制，这些对 降低操作费用都是十分有益的。
1 萃取剂的选择
萃取能力强、萃取容量大； 选择性高；
1）萃取剂的选择性
A在萃取相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率
A在萃余相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率
yA xA yA yB yB xB xA xB
β=1 ， yA yB xA xB
kA kB
A、B两组分用萃取分离不适宜；
络合萃取法具有高效性：由于分离过程 的推动力是待分离溶质和络合剂间的化 学键能，因此，即使极性有机物的浓度 很低，化学萃取的分配系数也很大，回 收率很高；
络合萃取法具有高选择性：络合萃取的 化学反应是在络合剂的特殊官能团和被 萃取物质的相应官能团之间发生的，因 而选择性很高；
络合萃取法与其他分离方法相比的优点
β>1，萃取时组分A可以在萃取相中浓集，β越大，组分A与B萃取分离
的效果越好。
2）选择性系数和分配系数的关系
kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小
化学稳定性强：不易水解、加热时不易分解、 能耐酸、碱、盐和氧化剂及还原剂的化学作用， 对设备的腐蚀性小；
化学萃取：伴有化学反应过程，利用被萃 取组分能与选定的萃取剂产生某种化学反 应，形成不溶于水，易溶于有机溶剂的萃 合物而被提取分离。基于可逆络合反应的 萃取分离方法（络合萃取法）对于极性有 机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性。
络合萃取工艺
可逆络合反应萃取分离是一种典型的 化学萃取过程，已经成为化工分离技术 开发的一个重要方向。
（四）萃取处理工艺流程设计
针对不同的待分离体系，根据废水中被萃取 组分的性质与组成，选择适宜的萃取剂、稀 释剂与反萃取剂，组成高选择性、高效率与 适当浓缩倍数的萃取与反萃取体系，是该技 术的基础；
正确选择有机物回收和萃取溶剂再生方法； 正确选择合理的工艺流程； 正确选择合适的萃取设备等。
待分离物质为亲水物质，在水中有较小的活度系 数，其亲油性差，一般物理萃取的分离提取难以奏效；
分离物属于低挥发性的溶质，待分离物质比水的 挥发度小，因而不能通过蒸汽提馏加以分离。 如：乙酸、二元酸（丁二酸、丙二酸等）、二元醇、 乙二醇醚、乳酸及多羟基苯稀溶液等。
（二）络合萃取法与其他分离方法相比的优点
首要考虑的还是满足分层的要求。
一般不选界面张力过小的萃取剂。
易于反萃取和溶质回收：萃取剂对于待分离物质 既可提供相对较高的萃取平衡分配系数，又应控 制萃取剂与待萃取物质的结合能力，在改变操作 条件的情况下容易实现待分离物质的反萃取操作， 实现溶质回收和萃取剂的循环使用；
如分离废水与溶剂，即可使废水得到净化；若再将溶剂与其中的污 染物分离，可将溶剂再生，而分离出的污染物即可回收利用。这 种分离工艺称为萃取，所用的溶剂称为萃取剂；萃取后的溶剂称 为萃取液（相），废水称为萃余液（相）。
溶剂萃取的基本原理
1.为什么溶质会转移？ 2.如何达到分配平衡？
萃取体系有水机相相：：样萃品取液剂
பைடு நூலகம்
溶剂损失小：萃取相与萃余相易于分层，萃取过程中 不产生第三相，不发生乳化现象；
萃取剂基本物性适当：萃取剂的密度、粘度及体系界 面张力等基本物性适当，保证在萃取和反萃取过程中， 传质速率较快，两相分离和流动性能良好。
萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差；粘度小对萃 取剂有利 ；界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大， 难以使两相混合良好；界面张力过小时，两相难以分离。
萃取操作的特点
•选择适宜的溶剂是一个关键问题 •两个液相应具有一定的密度差 •溶质与萃取剂的沸点差大有利
物理萃取：利用溶质在两种互不相溶的液 相中不同的分配关系将其分离开来。基本 上不涉及化学反应。根据“相似相溶”规 则。多用于回收和处理亲油性较强的溶质 体系。如：含氮、含磷类有机农药废水、 除草剂生产废水以及硝基苯类废水等，但 对于极性有机物稀溶液的分离不理想；
（三）络合萃取法的不足之处
络合萃取过程需要正确选择合适的络合剂、 助溶剂和稀释剂，萃取溶剂体系相对比较复 杂；
络合萃取剂的萃取能力受溶剂中络合剂浓度 的限制，对于稀溶液，平衡分配系数较高， 对于高浓度溶液，平衡分配系数会下降；
用于生物制品的分离时，需要考虑络合剂和 稀释剂的生物相容性。
第四讲 萃取分离技术
溶剂萃取（液液萃取） 膜萃取 超临界流体萃取 其它萃取技术
一、溶剂萃取法(Solvent extraction)
溶剂萃取法是一种重要的化工单元操作，利用溶 质在两种不互溶的液相间分配性质的差异实现 液体混合物分离。
为了回收废水中某种溶解物质，可向废水中投入 一种与水互不相溶，但能良好溶解污染物的溶 剂，使其与废水充分混合接触。由于污染物在 该溶剂中的溶解度大于在水中大溶解度，因而 大部分污染物转移到溶剂相。
在这类工艺过程中，溶液中待分离溶 质与含有络合剂的萃取溶剂相接触，络 合剂与待分离溶质反应形成络合物，并 使其转移至萃取相内。
（一）络合萃取法适于分离和回收的主要对象
待分离物质一般是带有Lewis酸或Lewis碱官能团 的极性有机物，可参与和络合剂的络合反应；
分离体系应是稀溶液，即一般待分离物质的浓度 小于5％；
试剂 / 溶剂
•加料 •混合 •分相
萃取剂S
原料液 A+B
•排除
•纯化和回收
萃取相E
1
图 11－ 1 萃 取 过 程 示 意 图 1－ 混 合 器 ； 2－ 分 层 器
2 萃余相R
萃取过程
振荡萃取
静置分层
分离对象 ——液液混合物
1）相对挥发度等于或者接近1 (烷烃/芳烃) 2）重组分 含量少，轻组分含量多(水-HAc)(含酚废水处理) 3）混合液含热敏性物质（药物）
产物，正确选择络合反应中的反应键能，灵活使 用萃取过程的“摆动效应”，可以十分顺利地完 成反萃取和溶剂再生过程，回收有价值溶质，使 萃取剂循环使用；
络合萃取法的二次污染小、操作成本低，与物
理萃取相比，络合萃取剂的溶剂选择并非依据 “相似相溶”原则，其在水中的溶解度一般比物 理萃取剂小的多，萃取溶剂流失少，二次污染小。 多数情况下，络合萃取过程在常温下操作，且可 连续作业，便于实现自动化操作和控制，这些对 降低操作费用都是十分有益的。
1 萃取剂的选择
萃取能力强、萃取容量大； 选择性高；
1）萃取剂的选择性
A在萃取相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率
A在萃余相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率
yA xA yA yB yB xB xA xB
β=1 ， yA yB xA xB
kA kB
A、B两组分用萃取分离不适宜；
络合萃取法具有高效性：由于分离过程 的推动力是待分离溶质和络合剂间的化 学键能，因此，即使极性有机物的浓度 很低，化学萃取的分配系数也很大，回 收率很高；
络合萃取法具有高选择性：络合萃取的 化学反应是在络合剂的特殊官能团和被 萃取物质的相应官能团之间发生的，因 而选择性很高；
络合萃取法与其他分离方法相比的优点
β>1，萃取时组分A可以在萃取相中浓集，β越大，组分A与B萃取分离
的效果越好。
2）选择性系数和分配系数的关系
kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小
化学稳定性强：不易水解、加热时不易分解、 能耐酸、碱、盐和氧化剂及还原剂的化学作用， 对设备的腐蚀性小；
化学萃取：伴有化学反应过程，利用被萃 取组分能与选定的萃取剂产生某种化学反 应，形成不溶于水，易溶于有机溶剂的萃 合物而被提取分离。基于可逆络合反应的 萃取分离方法（络合萃取法）对于极性有 机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性。
络合萃取工艺
可逆络合反应萃取分离是一种典型的 化学萃取过程，已经成为化工分离技术 开发的一个重要方向。
（四）萃取处理工艺流程设计
针对不同的待分离体系，根据废水中被萃取 组分的性质与组成，选择适宜的萃取剂、稀 释剂与反萃取剂，组成高选择性、高效率与 适当浓缩倍数的萃取与反萃取体系，是该技 术的基础；
正确选择有机物回收和萃取溶剂再生方法； 正确选择合理的工艺流程； 正确选择合适的萃取设备等。
待分离物质为亲水物质，在水中有较小的活度系 数，其亲油性差，一般物理萃取的分离提取难以奏效；
分离物属于低挥发性的溶质，待分离物质比水的 挥发度小，因而不能通过蒸汽提馏加以分离。 如：乙酸、二元酸（丁二酸、丙二酸等）、二元醇、 乙二醇醚、乳酸及多羟基苯稀溶液等。
（二）络合萃取法与其他分离方法相比的优点
首要考虑的还是满足分层的要求。
一般不选界面张力过小的萃取剂。
易于反萃取和溶质回收：萃取剂对于待分离物质 既可提供相对较高的萃取平衡分配系数，又应控 制萃取剂与待萃取物质的结合能力，在改变操作 条件的情况下容易实现待分离物质的反萃取操作， 实现溶质回收和萃取剂的循环使用；
如分离废水与溶剂，即可使废水得到净化；若再将溶剂与其中的污 染物分离，可将溶剂再生，而分离出的污染物即可回收利用。这 种分离工艺称为萃取，所用的溶剂称为萃取剂；萃取后的溶剂称 为萃取液（相），废水称为萃余液（相）。
溶剂萃取的基本原理
1.为什么溶质会转移？ 2.如何达到分配平衡？
萃取体系有水机相相：：样萃品取液剂
பைடு நூலகம்
溶剂损失小：萃取相与萃余相易于分层，萃取过程中 不产生第三相，不发生乳化现象；
萃取剂基本物性适当：萃取剂的密度、粘度及体系界 面张力等基本物性适当，保证在萃取和反萃取过程中， 传质速率较快，两相分离和流动性能良好。
萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差；粘度小对萃 取剂有利 ；界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大， 难以使两相混合良好；界面张力过小时，两相难以分离。
萃取操作的特点
•选择适宜的溶剂是一个关键问题 •两个液相应具有一定的密度差 •溶质与萃取剂的沸点差大有利
物理萃取：利用溶质在两种互不相溶的液 相中不同的分配关系将其分离开来。基本 上不涉及化学反应。根据“相似相溶”规 则。多用于回收和处理亲油性较强的溶质 体系。如：含氮、含磷类有机农药废水、 除草剂生产废水以及硝基苯类废水等，但 对于极性有机物稀溶液的分离不理想；
（三）络合萃取法的不足之处
络合萃取过程需要正确选择合适的络合剂、 助溶剂和稀释剂，萃取溶剂体系相对比较复 杂；
络合萃取剂的萃取能力受溶剂中络合剂浓度 的限制，对于稀溶液，平衡分配系数较高， 对于高浓度溶液，平衡分配系数会下降；
用于生物制品的分离时，需要考虑络合剂和 稀释剂的生物相容性。
第四讲 萃取分离技术
溶剂萃取（液液萃取） 膜萃取 超临界流体萃取 其它萃取技术
一、溶剂萃取法(Solvent extraction)
溶剂萃取法是一种重要的化工单元操作，利用溶 质在两种不互溶的液相间分配性质的差异实现 液体混合物分离。
为了回收废水中某种溶解物质，可向废水中投入 一种与水互不相溶，但能良好溶解污染物的溶 剂，使其与废水充分混合接触。由于污染物在 该溶剂中的溶解度大于在水中大溶解度，因而 大部分污染物转移到溶剂相。
在这类工艺过程中，溶液中待分离溶 质与含有络合剂的萃取溶剂相接触，络 合剂与待分离溶质反应形成络合物，并 使其转移至萃取相内。
（一）络合萃取法适于分离和回收的主要对象
待分离物质一般是带有Lewis酸或Lewis碱官能团 的极性有机物，可参与和络合剂的络合反应；
分离体系应是稀溶液，即一般待分离物质的浓度 小于5％；
试剂 / 溶剂
•加料 •混合 •分相
萃取剂S
原料液 A+B
•排除
•纯化和回收
萃取相E
1
图 11－ 1 萃 取 过 程 示 意 图 1－ 混 合 器 ； 2－ 分 层 器
2 萃余相R
萃取过程
振荡萃取
静置分层
分离对象 ——液液混合物
1）相对挥发度等于或者接近1 (烷烃/芳烃) 2）重组分 含量少，轻组分含量多(水-HAc)(含酚废水处理) 3）混合液含热敏性物质（药物）