第三章 溶剂萃取分离法
310-其他资源-稀土元素的分离

第三章 萃取分离法(溶剂萃取)利用每一元素在两种不互溶的液相之间的不同分配,将混合原料中的每一元素逐一分离的方法称之为溶剂萃取分离法。
溶剂萃取分离方法具有生产的产品纯度和收率高、化学试剂消耗少,生产环境好、生产过程连续进行、易于实现自动化控制等优点,是分离工业应用十分广泛的工艺方法。
12溶剂萃取分离稀土元素示意图3逆流串级萃取示意图5萃取分离法(溶剂萃取)第一节.溶剂萃取的基本知识1.1萃取体系的组成萃取体系中包括由有机物质组成的有机相和水溶液组成的水相。
有机相主要包括萃取剂、稀释剂。
水相包括含有待萃取元素的水溶液(一般称为料液)、洗涤液、反萃取液等水溶液。
这些成分的作用分别介绍如下:1)萃取剂:能与被萃物生成一种不溶于水相而溶于有机相的萃合物,使被萃物与其它物质分离的有机试剂。
2)稀释剂:用于改善萃取剂的物理性能(减小比重、降低粘度、增加流动性)的惰性有机溶剂,其本身不参与萃取反应。
6萃取分离法(溶剂萃取)3)料液:含有多种待分离元素的水溶液。
如果溶液中含有元素A 、B ,A 与萃取剂生成萃合物的能力大与B ,则A 称之为易萃组分,B 称之为难萃组分。
4)洗涤液:用于洗涤已萃取有A 和少量B 的有机相,使其中B 洗回到水相,A 得到纯化的水溶液。
5)反萃液:使有机相中的被萃物质与萃取剂解离,返回水相的水溶液。
在萃取的生产中,有时为了控制第三相的生成,7萃取分离法(溶剂萃取)1.2 萃取体系分类萃取体系可以按照萃取剂种类分类,例如:磷型萃取体系、胺型萃取体系、鳌合型萃取体系等。
这种分类方法对萃取机理不确定的体系特别适用。
萃取体系也可以按被萃金属的外层电子构型不同来划分,如5f 区元素(锕系)萃取,4f 区元素(镧系)萃取等类型。
此外,也有按萃取液相的不同分为酸性、中性萃取体系、或硫酸、盐酸、硝酸萃取体系的方法。
8萃取分离法(溶剂萃取) 最常用的萃取体系分类方法是根据萃取机理或萃取过程中生成的萃合物的性质分类。
3__萃取分离法

也有解释不好的时候。
• 十八羧酸与乙酸的互溶性不如十八羧酸
与胺的互溶性好——有时也可从溶质、溶
剂之间电荷转移或酸碱性方面考虑
30
分子间相互作用与溶剂特性
溶剂之间的相溶性
溶剂分类:
31
32
33
34
37
第三章 萃取分离法
3.3 分配平衡和分配平衡常数
分配常数
KD
[ A]org [ A]aq
又叫诱导偶极-诱导偶记力,由于非极性 非极性分子之间。
动态作用,异级相邻
分子的瞬间偶极作用引起的,广泛存在与极性、
主要取决于分子的变形性
分子半径、分子量大、色散力大
分子对称性:直链分子>支链分子
21
分子间相互作用与溶剂特性
氢键--本质属于静电作用
-OH、-NH2、FH等电负性强的原子和氢原
第三章 萃取分离法
中性萃取剂
中性萃取剂有两种主要基团:
一种是含有碳-氧键的萃取剂,又称含氧萃取剂,
如醚、酯、醇和酮等。
另一种是氧或硫与磷键合的萃取剂,又称中性磷
型萃取剂,如磷酸三丁酯(TBP),甲基膦酸二甲
庚酯(P350)等。
第三章 萃取分离法
酸性萃取剂
酸性萃取剂可分为三类:
(1)酸性磷型萃取剂;
另一方面,增加有机溶剂体积会使有机相中溶
质浓度降低,不利于后续分离和测定。
47
公式物理意义
E
D 1 D R
100%
对于分配比D较小的物质,可通过增加相比(即增 加有机相的体积)来提高萃取率。实际工作中,通 常采用多次萃取或连续萃取来提高总萃取率。 对于分配比D较大的物质,即使采用等体积萃取一 次也可达到很高的萃取率,如D=50,等体积单次 萃取率为98%,在D>10时,E>90%, D>100, E >99% 。
第三章 溶剂萃取法分离稀土元素 稀土金属冶金 教学课件

1 中性络合萃取体系
• 特点:
➢ 萃取剂为中性萃取剂,如醇、脂、醚、中性磷萃取剂 ➢ 萃取剂与被萃组分依靠配位键组成中性络合物 ➢ 被萃组分以中性分子形态被萃取
• 举例:
(RO)3P=O:
NO3
TBP萃取硝酸稀土
NO3 RE :OP(OR)3
(RO)3P=O:
NO3
3TBP (org) + RE3+(aq) +3NO3- (aq) =RE(NO3)3 ·3TBP (org)
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1 错流萃取
• 定义:一份料液依次与多份有机相接触的萃取方式 • 萃取过程示意图:
S0
S0
S0
F0
1 F1
2 F2
3
S0
n
Fn(纯B)
S1
S2
S3
Sn
F0—萃取料液;S0—空白有机相
• 萃取计算:φA =[A]n/[A]F =1/(1+EA)n;
φB =[B]n/[B]F =1/(1+EB)n
喹啉,脂肪酸、异构酸、环烷酸等 – 胺类萃取剂:伯胺、仲胺、叔胺、季铵盐
• 常用萃取剂与稀释剂
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二、 萃取体系
• 萃取体系:被萃组分(含被萃物质的水溶液
)+萃取有机相(萃取剂+稀释剂+改性剂)
• 萃取体系的分类
1、中性络合萃取体系 2、酸性络合萃取体系 3、离子缔合萃取体系 4、协同萃取体系
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2 酸性络合萃取体系 • 特点
➢ 萃取剂为酸性萃取剂:酸性磷萃取剂、羧酸萃取剂、螯 合萃取剂等
第三章 溶剂萃取法

[I2]O KD = D = ——— [I2]W 不符合分配定律的体系:KD≠D 分配比除与一些 常数有关以外,还与酸度、溶质的浓度等因素有 关,它并不是一个常数。
分离与富集方法介绍
例如:
醋酸在苯—水萃取体系中
• 在两相间的分配: [CH3COOH] W ====[CH3COOH] O • 在水相电离: CH3COOH ====CH3COO- + H+ • 在苯相中缔合: 2CH3COOH(O)====(CH3COOH)2(O)
分离与富集方法介绍
一、萃取分离法的基本原理
利用化合物在两种互不相溶(或微溶)
的溶剂中溶解度或分配系数的不同,使化
合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。
经过反复多次萃取,将绝大部分的化合物
提取出来。
分离与富集方法介绍
1.萃取过程的本质 就是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。
2、萃取物 亲水性物质:离子型化合物,易溶于水而难溶于 有机溶剂的物质。如无机离子,含亲水基团OH,-SO3H,-NH2…的物质。 疏水性或亲油性物质:共价化合物,具有难溶于 水而易溶于有机溶剂的物质。如许多有机化合物, 酚酞,油脂等(含疏水基团-CH3,-C2H5,苯基等)
[OsO4]O + 4[(OsO4)4]O
分离与富集方法介绍
(3)分配系数与分配比关系
• 当溶质在两相中以相同的单一形式存在,且溶液较 稀,KD=D。否则KD≠D。 • 分配系数与萃取体系和温度有关,而分配比除与萃 取体系和温度有关外,还与酸度、溶质的浓度等因 素有关
分离与富集方法介绍
(4) 萃取百分率
分离与富集方法介绍
有机化合物在有机溶剂中一般比在水中溶解
度大。用有机溶剂提取溶解于水的化合物是萃
三章溶剂萃取分离法

Ni(H2O) 2 A NiA2 6H2O 2H pH=9
氨性
2 6
(疏水性,可溶于CHCl3)
任务:选择适当的萃取剂,在适当的条件下,促 使物质由亲水性向疏水性转化。 物质亲水性与疏水性强弱的规律: (1)凡是离子都有亲水性。 (2)物质含亲水性基团越多,其亲水性越强。
En (%) [1 (1 E1 %) ]100
n
D 10 E1 100% 100% 90.91% D V水 / V有 10 1 / 1
E3 (%) [1 (1 E1 %) ] 100%
3
[1 (1 90.91%) ] 100%溶液的酸度,或参与萃取反应, 或防止金属离子的水解,使待萃取金属离子得到 较好得分离。 常用的无机酸:HCl, HNO3, H2SO4, HClO4, HBr.
二 、溶剂溶解度的相似原理
结构相似的化合物易相互混溶,结构 相差大的化合物不易互溶。
三、 各类溶剂的互溶规律
液体分子间的作用力,有范德华分子引力和 氢键作用力两种,而氢键作用力比范德华引力 要强。
Ka
w w
[ HA]o KD [ HA]w
[ H ]w[ A ]w Ka [ HA]w
[ HA]o D [ HA]w [ A ]w
[ HA]o /[ HA]w KD D 1 [ A ]w /[ HA]w 1 K a /[ H ]w
结论:分配比受水溶液pH的变化而变化
1 1 2 1 C2 C1 ( ) C0 ( ) C0 1 D 1 D 121
同理
萃取三次,平衡时:水溶液中A总浓度C3
1 1 3 1 C3 C2 ( ) C0 ( ) C0 1 D 1 D 1331
第3章 溶剂萃取分离法(2)

“相似相溶”原则例:丙醇和溴丙烷的混合物,用水萃取极性的丙醇。
用弱极性的乙醚可从极性的三羟基丁烷中萃取弱极性的酯。
用苯或二甲苯非极性溶剂可从马来酸酐和马来酸的混合物中萃取马来酸酐,这样就可以方便地测定马来酸酐中的游离酸,而不受马来酸酐的影响。
分配系数较小物质的萃取,采用连续萃取器。
3.3 溶剂萃取平衡及影响因素通常的萃取过程包括三个基本步骤p55 :第一步:水相中的被萃取溶质与加入的萃取剂生成可萃取化合物(即萃合物,通常是配合物);第二步,在两相界面萃合物因疏水分配作用进入有机相;第三步,萃合物在有机相中发生化学反应(聚合、离解、与其他组分反应等)。
溶质最终在两相间达到动态分配平衡。
当含有一定溶质的水溶液用一定的溶剂萃取,其分配比恒定,因而萃取效率也应不变.但实际上,萃取过程较复杂,影响溶剂萃取的因素很多,对于不同的萃取体系,起主要作用的影响因素不同,同一影响因素对不同萃取体系的影响也不一样。
本节以螯合物萃取和离子缔合物萃取为例,对影响溶剂萃取的主要因素简要介绍。
3.3.1 螯合物萃取平衡及影响因素p631.螯合物萃取平衡螯合剂通常是多官能团的有机弱酸(HA),结构中既含有酸性基团(如-OH、-NOH、-SH)又含有配位基团(如=CO、=N-等)。
萃取过程中,金属离子Mn+将螯合物中的H+置换出来,同时与配位基团通过配位键结合,生成具有环状结构的疏水性金属螯合物MAn。
在螯合物萃取过程中,可看作主要有以下4步平衡:(1)螯合剂HA在水相中的离解平衡(HA(2)被萃金属离子M n+A-(3)螯合剂HA(4)金属螯合物MAn在水相和有机相中的分配平衡假设:金属离子浓度较稀;M n+在有机相中只以配合物MA n形式存在;M n+在水相中无其他副反应(如水解、缔合等);水相中MA n的浓度([MA n](W)则螯合萃取过程的分配比D M为:K ex K ex就可以计算出在一定pH 及螯合剂浓度条件下的分配比。
第三章 溶剂萃取

杂质+少量 待萃物质
一、萃 取 体 系
萃取体系–由有机相和水相组成,在同一个体系中两相互不相溶 或基本不互溶。 有机相–由萃取剂和稀释剂组成。 萃取剂–能够与被萃金属相结合,并以萃合物形式转入有机相的 活性有机反应剂。 稀释剂–溶解萃取剂的一种低密度的有机溶剂。它是一种不与金 属发生作用的惰性溶剂,用来调节萃取剂的浓度,降低有机相的 粘度与密度,增加萃合物的溶解度。稀释剂通常是各种低芳烃的 烷烃混合物,如煤油。
四、饱和容量与操作容量
在一定萃取体系中,单位浓度的萃取剂对某种溶质 的最大萃取能力,称为这种萃取剂的饱和容量(也称 极限浓度)。以单位体积浓度(1V/O)萃取剂的有机 相含被萃溶质的浓度(g/l)表示。 在实际生产中,萃取剂的负荷能力往往低于其饱和 容量,萃取剂这种实际萃取的溶质容量称为操作容量。
萃取体系
络合剂:是指溶于水相且与金属离子生成各种络合物的配位体
可分为: ① 助萃剂(助萃络合剂) ② 抑萃络合剂 助萃剂(助萃络合剂)
水相中加入能促进被萃取物的分配比或萃取率增大的络合
剂,是萃取过程中不可缺少的辅助试剂。 例:二安替比林甲烷(DAPM)萃取钴,生成能溶于CHCl3的 (DAPM)· 2[Co(SCN)4]。 H 萃取剂:DAPM;萃取溶剂:CHCl3; 助萃剂: SCN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
反
取
萃取剂 +稀释剂 萃残液 (杂质)
涤
萃 产物(待萃物质)
杂质+少量 待萃物质
萃取、洗涤和反萃取操作示意图
洗涤:使杂质(含包藏水相)由有机相反萃到水相, 而被萃物 仍留在有机相。所以洗涤水相的条件选择应有利于杂质在水 中的分配, 如常在水中加入少量能与杂质元素络合的水溶性 络合剂。 反萃取:通过加入一种新的不含被萃物的水相,[ I 2 ]o KD [ I 2 ]w
第三章溶剂萃取分离法(2)

§3-6 胺类萃取剂一、胺类萃取剂和萃取机理Smith 和Page 首先报道了长碳链脂肪胺能萃取酸的性质,并首先发现其萃取行为与阴离子交换树脂极为相似,因此有液体阴离子交换剂之称。
胺类萃取剂具有达到萃取平衡所需时间短,又具备阴离子交换分离选择性等优点。
与磷类萃取剂相比。
它的萃取容量高,耗损少,选择性较好。
因此在分析化学和放射化学中,他们常用于分离、提纯、富集各种金属离子。
但胺类萃取剂的缺点是,他们的胺盐在有机相中易于聚合,形成三相和乳化,使相分离困难。
此外,他们萃取金属离子的机理比较复杂,以致对其规律性不易掌握。
胺类萃取剂是指氨分子中三个氢原子部分或全部被烷基所取代,分别得到伯胺、仲胺、叔胺和季铵盐,其结构如下:N HH R N H R'R N R R''R'N R R''R'R'''A -伯胺仲胺叔胺季胺盐此处R 、R'、R''和R'''代表不同的或相同的烷基,A -代表无机酸根,如Cl -、NO 3-、SO 42-等。
按烷基的化学结构又可区分为直链胺、支链胺和芳香胺。
低碳链胺易溶于水,不适宜用作萃取剂,随着烷基取代物的增加和碳链的增长,他们在水中的溶解度减小。
通常作为萃取剂的是含有8-12个碳原子的高分子量的胺,他们难溶于水,易溶于有机溶剂。
伯、仲、叔胺的分子中都具有孤对电子的氮原子,能和无机酸的H +离子形成稳定的配位键而生成相应的胺盐。
这些胺盐和季胺盐中的阴离子与水溶液中的金属络阴离子发生交换,使被萃取物进入有机相,因此这种萃取机理主要是通过阴离子交换反应,下面以叔胺为例,进一步讨论胺类萃取剂对金属离子的萃取机理。
1.对酸的萃取萃取酸是胺类萃取剂的基本特性,其反应式为:R 3N 有+H ++A -R 3NH +. A -有R 3NH +.A -是一种极性离子对,在有机相中具有高的离子缔合常数。
第三章萃取分离法-2讲义

第三章萃取分离法-2讲义第三章萃取分离法第⼆节双⽔相萃取⼀、双⽔相萃取简介常⽤的溶液萃取法能⽤来提取⽣物⼤分⼦如蛋⽩质吗?⼤部分萃取采⽤⼀个是⽔相,另⼀个是有机相,蛋⽩质遇到有机溶剂,易变性失活。
有些蛋⽩质有极强地亲⽔性,不能溶于有机溶剂。
通常的溶剂萃取法应⽤于提取⽣物⼤分⼦是有困难的;但双⽔相萃取法含⽔量⾼,接近⽣理的环境中进⾏萃取,不会引起⽣物活性物质失活或变性。
双⽔相系统:因两种⽔溶性聚合物的⽔溶液,或⼀种⽔溶性聚合物⽔溶液与盐溶液混合时的不相容性⽽形成有明显界⾯的两相系统。
双⽔相萃取(Aqueous two-phase extraction)是利⽤物质在互不相溶的两个⽔相之间分配系数的差异实现分离的⽅法。
葡聚糖(Dextran)与聚⼄⼆醇(PEG)按⼀定⽐例与⽔混合,溶液混浊,静置平衡后,分成互不相溶的两相,上相富含PEG,下相富含葡聚糖,见下图:⼆、双⽔相萃取的发展历史1. 1896年荷兰微⽣物学家Berjerinck发现琼脂⽔溶液与可溶性淀粉或明胶⽔溶液混合时形成双⽔相现象。
2. 1956年瑞典Lund⼤学的Albertsson教授及其同事开始对双⽔相系统进⾏⽐较系统研究。
测定了许多双⽔相系统的相图,考察了蛋⽩质、核酸、病毒、细胞及细胞颗粒在双⽔相中的分配⾏为,为双⽔相萃取系统的发展奠定了基础。
只局限于实验室内的测定和理论研究。
3. Kula教授研究⼩组对双⽔相的应⽤、⼯艺流程、操作参数、⼯程设备、成本分析等进⾏了⼤量研究,在应⽤上获得成功。
1978年⾸先将双⽔相萃取技术⽤于酶的⼤规模分离纯化,建成了⼀套⼯业装置,达到20kg/h的处理能⼒,分离纯化了⼏⼗种酶,也应⽤于基因⼯程产品的分离。
双⽔相萃取可分离多肽、蛋⽩质、酶、核酸、病毒、细胞、细胞器、细胞组织,以及重⾦属离⼦等,近年来,还应⽤于⼀些⼩分⼦,如抗⽣素、氨基酸和植物的有效成分等的分离纯化。
作为反应系统⽤于酶反应,⽣物转化,发酵的产物⽣产与分离的集成三、双⽔相系统及成相机理1. 双聚合物双⽔相体系两种⽔溶性聚合物溶液混合,形成单⼀相还是两相,主要取决于两种因素:系统熵的增加,熵的增加与分⼦数⽬有关,⽽与分⼦⼤⼩⽆关;分⼦间的作⽤⼒,分⼦之间的相互作⽤⼒可看作分⼦中各基团相互作⽤⼒之和,随分⼦量的增加⽽增加。
第三章 萃取分离法

c( HL)o n D K ( ) c( H )w
*
1、配位萃取体系
萃取条件的选择
c( HL)o n 由 D K ( ) 可知: c( H )w
*
① 分配比与被萃取组分的浓度无关,与萃取剂 和萃取溶剂性质有关; ② 若有机相中萃取剂的浓度一定时,分配比由 溶液酸度决定;
萃取条件的选择
1、配位萃取体系
配位萃取平衡
C Ao c( MLn )o D C Aw c( M n )w c( MLn )w
忽略c(Mn+)w,代入上述平衡常数:
n K D n Ka c( HL)o n D ( ) 'n KD c( H )w
对于确定的萃取体系,同KD、n、Ka、KD'为常数。
三、萃取分离方法
萃取过程
选择适当的萃取剂改变样品的溶解性使其更容 易溶于萃取溶剂,然后进行萃取;
萃取体系分类
① 配位萃取体系:将样品转化为配合物而改变其
溶解性; ② 缔合物萃取体系:将样品转化为离子缔合物而 改变其溶解性;
1、配位萃ห้องสมุดไป่ตู้体系
常用配位萃取剂
① 8-羟基喹啉:萃取绝大部分二价、三价,少量
D1 1 E E 0.84 D 5.25 1 E 1 0.84
( 2)
E
D
Vw D 1 ( )n DVo Vw
n 1.9
二、萃取分离的基本原理
分离因数β——表征样品分离程度
同一萃取体系中相同萃取条件下两种组分分配 比的比值,即; DA DB β =1,DA=DB,表明两种组分不能萃取分离; β >1,DA>DB,表明两种组分可用油相萃取分离; β <1,DA<DB,表明两种组分可用水相萃取分离;
第三章、萃取分离法(一)

配位键O→M越强,则G3P=O的萃取能力越强。由于烷氧基RO 吸引电子的能力比烷基R强,其配位能力就较弱,所以中性磷类萃 取剂的萃取能力按下列次序递增
R
OR
(RO)3P O < (RO)2P O < R2P O < R3P O
中性磷类萃取剂萃取金属离子的特点是:被萃取物在萃取 过程中以中性分子形式存在与萃取剂结合,生成中性络合物而 进入有机相 。
中性磷类萃取剂是指磷酸
HO
OH PO OH
分子中三个羟基全部为烷基酯化或取代的化合物,按其酯 化或取代的不同可分为四个类别
类别 磷酸三烷基酯(磷 酸酯)
烷基膦酸二烷基酯 (膦酸酯)
二烷基膦酸烷基酯 (次膦酸酯)
通式
(RO) 3P O
R (RO)2P O
OR R2P O
三烷基氧化膦 (膦氧化物)
R3P O
[ A]O,总 [[ A]O,总 VW ]100% [ A]W ,总 [ A]W ,总 VO
D 100 % D VW VO
设R=VO / VW(相比)
E
D D
1
100%
R
萃取率E与分配比D及相比R有关
R一定,D越大,E越大; D一定,R越大,E越大,萃取越完全
当R=1,即用等体积有机溶剂进行萃取时, E D D 1
2.特点
(1)历史悠久,1842年…; (2)应用广泛,常量、微量、痕量分离均可; (3)回收率高、选择性好; (4)仪器设备简单; (5)操作较为烦琐费时; (6)萃取剂价格较昂贵,有机溶剂易挥发易燃,有毒。
第一节 溶剂萃取分离法的一些 定义及特征参数
一、萃取剂和萃取溶剂
萃取剂:指与被萃物有化学反应,而能使被萃物被
溶剂萃取分离法课件

缺点
萃取剂消耗量大
溶剂萃取分离法需要使用大量的有机溶剂作为萃取剂,增加了成 本和环境负担。
有机溶剂残留
在萃取过程中,有机溶剂可能会残留在目标物质中,影响产品质量 。
操作条件要求高
溶剂萃取分离法的操作条件如温度、压力、搅拌等要求较高,需要 严格控制。
改进方向
开发高效萃取剂
通过研发新型的高效萃取剂,降低溶剂用量 ,提高萃取效率。
优化实验条件
通过实验试错,优化实验条件, 提高萃取效率,减少实验时间。
01
确定目标
明确实验的目标,是分离某种特 定物质,还是进一步纯化某个样 品。
02
03
04
设计实验流程
确定萃取剂的用量、萃取的次数 、萃取剂的回收等实验流程。
实验仪器的准备和操作
01
02
03
04
准备实验仪器
包括分液漏斗、旋转蒸发器、 玻璃砂漏斗等萃取实验所需仪
生物学研究
在生物学研究中,溶剂萃 取法可用于提取生物组织 中的活性成分,如药物、 毒素和激素等。
环境监测
在环境监测中,溶剂萃取 法可用于提取水体和土壤 中的有害物质,如重金属 、有机污染物等。
在环境保护中的应用
废水处理
溶剂萃取法可用于处理废水中的 有害物质,如重金属、有机污染 物等,降低废水对环境的危害。
土壤修复
在土壤修复中,溶剂萃取法可用于 提取土壤中的有害物质,如重金属 、有机污染物等,提高土壤的环境 质量。
大气污染控制
在大气污染控制中,溶剂萃取法可 用于去除空气中的有害气体和颗粒 物,提高空气质量。
04
溶剂萃取分离法的实验技术和操作 步骤
实验方案的设计和优化
选择合适的萃取剂
第三章溶剂萃取法教程教案

水 有 - 化学势
水
水
RT
ln
a水
有
有
RT
ln
a有
水
RT
ln
a水
有
RT
ln a 有
ln
a有
水
有
a水
RT
用PA表示热力学分配常数:
PA
a有 a水
exp(
水 -
有
RT
)
[ A]有 有 [ A]水 水
K
D·
有 水
以上校正了溶液浓度 质点间作用力
例1.I2在水相和有机相中存在形式对D 的影响
MeRn
R-+H3+O
5
MeRn
萃取剂的分配平衡: 萃取剂的电离平衡: 被萃取离子与萃取剂的
K DR [ HR ] 有 [ HR ] 水
K
i
[ H ][ R [ HR ]水
]
络合平衡:
K
f
[ MeRn ]水 [ Me n ][ R ] n
内络盐在水相和溶剂相
中的分配平衡:
K DX
[ MeRn
]有 [ MeRn
]水
有机溶剂中 Me n 的总浓度 D 水溶液中 Me n 的总浓度
[ Me
[ MeRn ]有 n ] [ MeRn
]水
K DX 1
K f [R ]n [R ]n K f
乘 [ R ]n
(
除 [ MeRn ]水
)
(代入
[R ]
[ HR K i [H
]水 ]
,K
无机离子
非极性共价分子——直接萃取 水合离子——萃取剂
(3)萃取体系的分类
8-羟基喹啉
第三章溶剂萃取法

在含Hg2+,Bi3+,Pb2+,Cd2+溶液中用二苯硫腙—CCl4萃取
• 萃取Hg2+,若控制溶液的pH等于1.则Bi3+,Pb2+,Cd2+不 被萃取 • 要萃取Pb2+,可先将溶液的pH调至4—5,将Hg2+,Bi3+先除 去,再将pH调至9—10,萃取出Pb2+
分离与富集方法介绍
分离与富集方法介绍
一、萃取分离法的基本原理
1.萃取过程的本质 就是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。 亲水性物质:离子型化合物,易溶于水而难溶于 有机溶剂的物质。如无机离子,含亲水基团OH,-SO3H,-NH2…的物质, 疏水性或亲油性物质:共价化合物,具有难溶于 水而易溶于有机溶剂的物质。如许多有机化合物, 酚酞,油脂等(含疏水基团-CH3,-C2H5,苯基等)
分离与富集方法介绍
2.分配系数和分配比
(1)分配系数 (2)分配比 (3)分配系数与分配比 (4)萃取百分率 (5) E和D的关系:
分离与富集方法介绍
(1)分配系数
• 分配系数的含义:
[A]O KD = ——————— [A]W
称为分配定律
• 分配定律适用范围:只适用于浓度较低的稀溶液,而且溶 质在两相中以相同的单一形式存在,没有离解和缔合副反应
• 在HCl溶液中.Ti(III)与Cl-配合形成TiCl4-,加入以阳离 子形式存在于溶液中的甲基紫(或正辛胺),生成不带电 荷的疏水性离子缔合物,被苯或甲苯等惰性溶剂萃取。 • GaCl4-、InCl4-、SbCl4-、AuCl4-、PtCl62-、PdCl62-、 IrCl62-、UO2(SO4)32-、Re(NO3)4-等可以采用此法萃取 • 阳离子可以是含碳6个以上的伯、仲、叔胺或含 -NH2的碱 性染料 • 有机溶剂:苯、甲苯、一氯乙烷、二氯乙烷等惰性溶剂
第三章 溶剂萃取分离法-xin

V水 V有 D
5
V水 V有
)
n
4 . 07 10
0 . 018 (
V水 /V有 40 + V 水 / V 有
〕
2
V水/V有=2
第二节 溶剂萃取分离法
例6. 某物质的水溶液100 mL,用5份10 mL萃取剂溶液
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:
解:
0 . 84 D
D VW VO
D = 5.25
第二节 溶剂萃取分离法
0 . 97 1 (
VW DV O V W
)
n
0 . 03 (
1 D 1
)
n
(
1 6 . 25
)
n
1.523=0.795n 即n=2(次)
n=1.9
第二节 溶剂萃取分离法
例4.弱酸HA在CH3Cl和水中的分配比为8.20,取
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。
E mo mn mo
0 . 87 1 (
mo mo
mn mo
)
5
设 m o 1g ,
0 . 87 1 (
则: E 1 m n
100
第三章溶剂萃取分离法(1)

第三章溶剂萃取分离法萃取通常是指原先溶于水相的某种或几种物质,与有机相接触后,通过物理或化学过程,部分地或几乎全部地转入有机相的过程。
就广义而言,萃取可分为液相到液相、固相到液相、气相到液相等三种过程。
通常所说的“萃取”指的是液液萃取过程,即溶剂萃取过程。
溶剂萃取(solvent extraction)在有机化学中很早就用作为一种基本的分离手段,无机物质的萃取开始于十九世纪初,1842年Peligot首先报道了用乙醚从沥青铀矿中提取和纯化硝酸铀酰。
1892年Rothe和Hanroit又成功地使用乙醚从浓盐酸中萃取出了三氯化铁。
1891年Nernst提出了著名的Nernst分配定律。
20世纪20年代以后,有机螯合剂开始应用于金属离子的溶剂萃取中,使各种金属离子的溶剂萃取有较为迅速地发展。
50年代初,随着原子能科学技术的发展,进一步推动了溶剂萃取的蓬勃发展,寻找各种选择性高的新萃取剂更引起人们的浓厚兴趣。
目前萃取剂的种类十分繁多,而且已对周期表中94个元素的萃取性能进行过研究。
本章所讨论的溶剂萃取分离法即是利用溶剂萃取的原理,在被分离物质的水溶液中,加入与水互不混溶的有机溶剂,借助于萃取剂的作用,使一种或几种组分进入有机相,而另一些组分仍留在水相,从而达到分离的目的。
该分离方法已在无机化学、分析化学、放射化学、湿法冶金以及化工制备等诸多领域得到了广泛地应用,主要是由于,溶剂萃取分离法既可以用于大量元素分离,也适合于微量元素的分离和富集,而且还具有所用的仪器设备简单、操作简便快速、回收率高、选择性好等优点,如果被萃取物质是有色化合物,还可以将溶剂萃取与分光光度法结合起来,在有机相中直接进行光度测定,这样可大大地提高方法的灵敏度和选择性。
当然,该分离法也有一些不足之处,如使用的萃取剂价格大多较昂贵,作为稀释剂用的有机试剂易挥发并有一定的毒性,但是随着科学技术的发展,这些缺点会逐步得到改善的。
§3-1溶剂萃取分离法的一些特征参数在萃取过程中,通常是利用以下几个特征参数来衡量某一溶剂萃取体系的优劣以及组分分离富集的效果。
第3章 溶剂萃取分离法

1.常用的萃取溶剂
有专门的手册介绍有物理常数,如密度、沸点、介电常数,水中的溶解度,如:乙醚、氯仿(CHCl3)、四氯化碳(CCl4)、辛醇、苯、甲苯、戊醇、磷酸三丁酯等。
2.常用的萃取剂《化学分离富集方法及应用》p118-126
按萃取剂反应类型的不同,可分为如下几类:
前提:A在两相中仅以一种型体存在
应用条件
当温度和压力一定时,KD为常数,即KD是温度和压力的函数;溶质在两相中只能以一种简单形式存在(无聚合、离解、缔合等副反应),如:用CCl4萃取I2,I2在两相中以分子的形式存在,存在形式相同;溶质在溶液中浓度很低(C<0.2g/L,即简单物质的稀溶液);KD是溶质的特征函数,KD随不同的溶质和溶剂种类而改变
D越大,被萃物进入有机相的总浓度越大,萃取愈完全。如果要求被萃物绝大部分进入有机相,D值则应大于10。而且越大越好。若两相体积相等,D>1,则A进入有机相的多;若两相体积相等,D<1,则A进入水相的多。
示例:CCl4—水萃取体系萃取OsO4
在水相中Os(VIII)以OsO4,OsO52-和HOsO5-三种形式存在,在有机相中以OsO4和(OsO4)4两种形式存在。
上述第3条要求,在萃取光度法中不予考虑
对萃取剂的基本要求见(55页)
有时为了减少萃取剂的用量或为了调节萃取剂的密度和黏度,往往会加入一种惰性溶剂作为稀释剂。
稀释剂:用作溶解萃取剂的有机溶剂(惰性溶剂)。与被萃物不反应,只改善两相的分层效果,改变萃合物在有机相的溶解度,提高萃取率。对于使用胺类萃取剂的体系,芳香烃常用作稀释剂。
以Ni2+的萃取为例。Ni2+在水溶液中以水合离子Ni(H2O)62+存在,是亲水性的,要将其转化为疏水性物质需经过以下几步:
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静置分层时,有时在两相交界处会出现一层乳 浊液,其原因很多。 在萃取过程中,如果在被萃取离子进入有机相 的同时还有少量干扰离子亦转入有机相时,可以采 用洗涤的方法以除去杂质离子。洗涤液的组成与试 液基本相同,但不含试样。洗涤的方法与萃取操作 相同。通常洗涤1-2次即可达到除去杂质的目的。 分离以后, 如果需要特被萃取的物质再转到水相 中进行测定, 可改变条件进行反萃取。
对于比较复杂的萃取体系, D、Kd和K0间不相等。例如 醋酸在苯和水之间的分配,在水相中为单分子,在苯中则 为二聚物。 醋酸用苯萃取的平衡反应式:
2 HAc ( HAc) 2
K0
水相 苯相 萃取平衡常数K
0
[( HAc) 2 ]有 [ HAc]
2 水
醋酸在两相的分配:
HAc HAc
求水溶液中剩余的碘量,并比较萃取率。
已知: D=[I]有/[I]水=85
解:(1)全量一次萃取时,
10 W 1 1 0.013 mg 85 9 10 1 0.013 E% 100 % 98.7% 1
每次用3毫升分3次萃取时,
由上述讨论可知,分配比大的萃取体系萃 取率高,同时,同量的有机溶剂,分几次 萃取的效果比一次萃取好。
溶剂萃取分离法既可用于常量元素
的分离又适用于痕量元素的分离与富
集,而且方法简单、快速。如果萃取的 组分是有色化合物,便可直接进行比色 测定,称为萃取比色法。这种方法具有 较高的灵敏度和选择性。
§3.2 溶剂萃取中分配平衡的统计处理 一、分配定律
溶质在两种不相混溶的溶剂间的分配,在一定 温度下,假定在每一相中溶质具有相同的分子状态, 达到平衡时,溶质在两相中浓度的比率是一常数。 当仅有溶质M同时溶于两种不相溶的溶剂时, 若一种溶剂为水,另一种为有机溶剂,平衡浓度分 别为[M]水、[M]有,根据分配定律, M水 M有 [M ]有 Kd称为分配系数
2
四、分配比D
D
[M]有总 [M]水总
[M1 ]有 [M 2 ]有 [M m ]有 [M1 ]水 [M 2 ]水 [M m ]水
如果萃取体系比较简单,参与分配的溶质只 有一种溶质,在两相中存在的分子状态又相同, 且溶质在两相中的浓度很低时,D、Kd和K0是相 等的。
§3.3 溶剂萃取体系的分类
一、基本概念 1.萃取 2.溶剂 3.萃取剂 (1)溶剂络合萃取剂 (2)离子缔合萃取剂 4.络合剂 (1)抑萃络合剂 (2)助萃络合剂
5.盐析剂 6.萃合物 7.反萃取 8.萃洗液 9.萃余液 10.搜捕 11.协同萃取 12.协萃剂
14.共萃取 15.相比
二、溶剂萃取体系的分类
当V水=V有时,
D E% 100 % D 1 E D K * [ H ] n 100 E 取对数: D lg E lg(100 E ) lg K * npH lg
lg D lg K * pH n n lg K * lg D -lgK*/n就 pH n n 是萃取率为 当V水 V有,D 1( E 50 %)时,50%的pH值。 lg K * pH 0 n lg K * pH1/ 2 n
第三章 溶剂萃取分离法
§3.1 溶剂萃取概况
萃取分离法包括液相-液相、固相-液相和 气相-液相等几种方法,但应用最广泛的为液 -液萃取分离法(亦称溶剂萃取分离法)。该法 常用一种与水不相溶的有机溶剂与试液一起 混合振荡,然后搁置分层,这时便有一种或 几种组分转入到不与其混合的有机相中,而 另一些组分则仍留在试液中,从而达到分离 的目的。
(一)鳌合萃取体系
用一个普遍的公式对萃取过程中的各种因素的影响 进行定量的描述:
(1)鳌合剂HR在两相中的分配
HR HR
Kd
水相 有机相 分配系数K d(HR) [ HR]有 [ HR ]水
(1)
(2)进入水相中的鳌合剂HR进一步电离:
HR H R 水相 水相
水相中电离常数K (HR)
[ H ]水 [ R ]水 (2) [ HR ]水
(3)水相中R与金属阳离子作用, 形成疏水性鳌合物:
M
n
R MR
n 1
水相 水相 [ MR n 1 ]水 逐级稳定常数K1 [ M n ]水 [ R ]水 MRn1 R MRn 水相 水相 [ MRn ]水 总稳定常数K f [ M n ]水 [ R ]n 水
后,水相剩余的被萃取物质的量减少至Wn
克,则:
V水 n Wn W0 ( ) W0 ( DV有 V水 V有 V水 1 n Wn W0 ( ) D 1
1 n ) V有 D 1 V水
例2:有10毫升含碘1毫克的水溶液, 用9毫升四氯化碳萃取: (1)全量一次萃取; (2)每次用3毫升分3次萃取;
§3.4 萃取分离技术和操作
一、萃取时相接触方式 (一)单级萃取分离 在分析中应用较广泛的萃取方法为间歇法(亦称单 效萃取法)。这种方法是取一定体积的被萃取溶液,加 入适当的萃取剂,调节至应控制的酸度。然后移入分液 漏斗中,加入一定体积的溶剂,充分振荡至达到平衡为 止。静置待两相分层后,轻轻转动分液漏斗的活塞、使 水溶液层或有机溶剂层流人另一容器中,使两相彼此分 离。如果被萃取物质的分配比足够大时,则一次萃取即 可达到定量分离的要求。如果被萃取物质的分配比不够 大,经第一次分离之后,再加入新鲜溶剂,重复操作, 进行二次或三次萃取。但萃取次数太多、不仅操作费时, 而且容易带人杂质或损失萃取的组分。
把上述有关式子代入:
2 K [ HAc] D Kd [ HAc]水
0
0
2 水
D K d 2 K [ HAc]水
五、萃取率E%
萃取百分数与分配比的关系如下:
被萃取物质在有机相中的总量 E% 100 % 被萃取物质的总量 V有 [M ]有 E% 100 % V有 [M ]有 V水 [M ]水
0
[ MRn ]有 [ H ]
n
[ M ]水 [ HR ]
n 水 n 有
(5)
在实际工作中主要考虑萃取体系的分配比,则:
分配比D
[ MRn ]有 [M
n
(6)
]水
n 有 n 水
将(6)式代入(5)式中:
分配比D K
0
[ HR ] [H ]
(7)
将(4)式代入(5)式, 得到如下关系式:
100 2+ 3+ Sn2+ - Hg Bi 80
Pb2+ Cd 2+
E%
604020-
-
-
9
-
1
3
5
7
11 pH
部分金属的双硫腙螯合物在CCl4 中被萃取的情况
-
(3)加入掩蔽剂提高选择性
(二)离子缔合萃取体系
1 金属阳离子缔合物 2 金属络阴离子或无机酸根离子的络合物 形成样盐的条件:(1) (2) (3) 3盐析剂的作用:(1)(2)(3) (三)非电解质分子的溶剂萃取 (四)协同萃取体系
10 3 W 3 1 ( ) 0.0001mg 85 3 10 1 0.0001 E% 100 % 99.99% 1
六、分离因数
(1) 若DA/DB=100
设DA=1,水相中的A有一半进入有机相 则DB必等于0.01,即水相中B只有1% 进入有机相
此时分离虽好,但A的回收率不高(50%) (2) 设DA=100,水相中的A有99%进入有机相 若DA/DB=100
Kd
水相 苯相 分配系数K d [ HAc]有 [ HAc]水
醋酸在苯中的聚合:
2 HAc ( HAc) 2 苯相 苯相 分配比D [ HAc]有 [ HAc]水 [ HAc]有 2[( HAc) 2 ]有 [ HAc]水 2[( HAc) 2 ]有 [ HAc]水
则DB=1,即水相中B只有50% 进入有机相
此时回收率高,但分离不好
采取单级萃取时,若希望A的萃取率 高于99%,B的共萃率低于1%, 则分离因数必大于104,因为:
DA/DB=104
设DA=100,水相中的A有99%进入有机相 则DB=0.01,即水相中B只有1% 进入有机相
这时A的萃取率高,分离也好
A有 (W0 - W1)/V有 D A水 W1/V水
即:
V水 W1 W0 ( ) DV有 V水
如果用V mL新鲜有机溶剂再萃取一次,并
以W2表示经第二次萃取后,剩留在水相中
的溶质的量,则:
V水 V水 2 W2 W1 ( ) W0 ( ) DV有 V水 DV有 V水
如果每次用V mL有机溶剂萃取,萃取n次
n
三、萃取平衡常数 用磷酸三丁酯(TBP)萃取钍时在有机相中生成 二溶剂化合物,其萃取反应为:
Tn 4NO K
0 4 水
4 水
3水
2TBP有 [Tn ( NO 3 ) 4 2TBP ]有
4 3水
[Tn ( NO 3 ) 4 2TBP ]有 [Tn ][ NO ] [TBP有 ]
有机相中:
M 有 nL'有 ML'n有 [ML' n ]有
n [M ]有 [L' ]有
n有
[M ]总 [M ] [ML] [MLn ] [M ](1 n [L]n ) [M ]有,总 [M ]有 [ML]有 [MLn ]有 [M ]有 (1 n有 [L]有 )
(3)
(4)鳌合物在两相间的分配:
MRn MRn 水相 有机相 分配系数K D( MRn ) [ MRn ]有 [ MRn ]水