第四章 萃取
溶剂萃取(精)
1． 螯合物萃取体系
螯合物萃取是分析化学中应用最广泛的萃 取体系，所用的萃取剂为螯合剂。可用做萃取 剂的螯合剂与试样中的被萃取金属离子生成四 元、五元或六元环状螯合物很稳定，因而萃取 灵敏度很高，可用于萃取浓度很低的金属离子， 在分离同时达到富集的效果。
萃取过程
① 萃取剂在两相中分配平衡 ② 水相中萃取剂电离平衡 ③ 萃取剂与萃取离子络合平衡 ④ 内络盐在两相中分配平衡
(CH3)2N
S
N(CH3)2 +
[BF4] -
N
主要萃取条件：配位阴离子、酸性溶液和惰性溶剂
高分子量胺萃取
高分子量胺（本身是液体，有时溶在稀释剂中）
与酸反应生成的盐难溶于水，但易溶于有机溶剂
而被萃取。
质子加成反应
R3 N有机 H A R3 NH A有 机
因此，高分子胺可用于水溶液中酸的萃取。
V（有机）
）2
DV（有机） V（水）
经n次萃取后水相中剩余溶质质量：
mn
m0
(
V(有机）
)n
DV（有机） V（水）
n次萃取后的萃取效率E为：
E
1
(
V(水） DV（有机）
）n V（水）
以CCl4萃取20mL水溶液中的I2，已知 碘在水与CCl4的分配比为85，试比较用 20mL CCl4 一次萃取及每次用 10mL CCl4 分两次萃取的萃取效率。
D cA总 (有机） cA总 (水）
3.萃取百分率
萃取百分率：被萃取物在有机相中的量占 它在两相中的A在两相中的总量
100%
4．萃取效率
设：萃取体系中水相的体积为V水， 有机相的体积为V有，则萃取效率可从下 式计算：
化工原理(下)第4章液液萃取
组成在等腰直角三角形坐标图上的表示方法
二、各组分量之间的关系－杠杆规则
M = MA + MB
M A OB M B OA
MA
M
O 和点
MB
A
差点
B
差点
M A OB M AB M B OA M AB
杠杆规则
A
xS zS
液相 R r kg xA、xS、xB
液相 E e kg yA、yS、yB
用质量比 计算方便
YA K A X A
分 配 系 数
萃余相中溶 质的质量比
萃取相中溶 质的质量比
三、分配曲线
以xA为横坐标，yA为纵坐标，在直角坐标图上， 每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来，得 到曲线称为分配曲线。
溶解度曲线 分配曲线
y yx
P P
x
分配曲线的作法
第4章 液－液萃取
一、以质量分数表示的平衡方程
气液平衡方程 液液平衡方程
萃取相中 溶质分数
yA k A xA yA k A xA
分配 系数 萃余相中 溶质分数
yA kA xA
yB kB xB
二、以质量比表示的平衡方程
若 S与 B完全不互溶
萃取相中不含 B，S 的量不变
萃余相中不含 S ，B 的量不变 液液平衡方程
三角形坐标图
组成的表示方法
液－液萃取过程也是以相际的平衡为极限 三元体系难以用直角坐标系来表示 三元体系的相平衡关系用三角坐标图来表示 在三角形坐标图中常用质量百分率或质量分 率表示混合物的组成 少数采用体积分率或摩尔分率表示的 本教程中均采用质量百分率或质量分率
第四章 溶剂萃取法分离稀土元素01
它们是弱酸，在分子中既含有一个酸性OH基，可按 阳离子交换萃取金属，同时含有 基于金属配位 P O 。 ⅲ .胺类萃取剂： 伯、仲、叔、胺及季胺盐。分子量应在250-600之 间。（分子量太低的胺易溶于水，∴不能做萃取剂。） 由于胺上N原子有孤对电子，呈弱碱性，与强酸形 成稳定的盐，与金属络阴离子结合而萃取。 ⅳ .含硫、氧萃取剂： 亚砜类， S=O 基团，与金属离子形成中性络合物 萃取。亚砜的三种共轭形式：
特点： ⅰ 萃取剂中性有机化合物（TBP,P350,DOSO,TOPO环辛基 磷酸）， 被萃物也是中性：（La（NO3 ）3,Ce(CNS)3等），结 合成中性络合物，而进入有机相。 ⅱ 中性络合萃取剂，也可看成不带电荷的萃取剂和 稀土化合物络合成溶剂合物。故此类萃取剂又成 为溶剂合萃取。
3
ⅲ
D：表示在一定的条件下萃取剂萃取金属离 子的能力，分配比→大， 萃取金属离子 能力越强。 b.萃取率: 萃取率是被萃取物（溶质）进入有机相 的量占被萃取物原始总量的百分率。 以q表示。
q
被萃物在有机相的量 100% 被萃取物原始总量 C有V有 100%(上下同除C水V有) C有V有 C水V水 D D V有 （通常： 称为相比R） C水V水 V水 V水 D D C水V有 V有 D 1 D R
同时TBP也萃取HNO3
HNO 3 TBP 有 TBP HNO 3有
因此TBP萃取酸的能力将影响金属离子萃取分配 比。 金属离子的分配比与萃取平衡常数的关系：
3 D K [ NO3 ] [TBP]3 有 LgD LgK 3 Lg[ NO3 ] 3Lg[TBP]有
分配比： 萃取体系达平衡时，被萃取物在有机相中的 总浓度与它在水相中总浓度比值，以D表示：
化工原理(天大版)---(下册)第四章 萃取
选择性系数与kA、kB有关。 kA越大， kB越小，就越大， 说明：
A、B的分离也就越容易 凡是影响kA、kB的因素都影响（温度、组成） 若 =1，则萃取相和萃余相在脱除溶剂S后将具有相同的 组成，并且等于原料液的组成，故没有分离能力 萃取剂的选择性越高，对A的溶解能力就大，则一定的分离 任务，可越少萃取剂用量，降低回收溶剂操作的能耗，并且 可获得高纯度的产品A 当组分B、S完全不互溶时，则选择性系数趋于无穷大，这 是最理想的情况。
MF FN F ( xF xM ) (4 7) SF F xM y S MS NB
R'
B
（b）
S
EM
M ( xM x R ) 其中yE、xM、xR 由相图读出 y E xR R) 把4-6、4-7代入4-9得： E F ( xF x 其中xF、x' 'R、y''E由相图读出 y E x R R F E
表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。 A值愈大，萃取分离的效果 愈好 A值与联结线的斜率有关 不同的物系具有不同的分配系数 A值 同一物系， A值随温度和组成而变。 一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时， A值才可视为常数 Y KX 式中：Y——萃取相E中溶质A的质量比组成；
X ——萃余相R中溶质A的质量比组成； K——以质量比表示相组成时的分配系数
4.2.2 液-液相平衡关系
3、分配系数和分配曲线
分配曲线：若以xA为横坐标，以yA为纵坐标，则可在x-y直角坐标图上得到
表示互成平衡的一对共轭相组成的点N。将这些点联结起来即可得到曲线 ONP，称为分配曲线
曲线上的P点即为临界混溶点。 分配曲线表达了溶质A在互成平衡的E相与R相中的分配关系。若已知某液相组成， 则可由分配曲线求出其共轭相的组成。 若在分层区内y均大于x，即分配系数 A ＞1，则分配曲线位于y=x直线的上方，反 之则位于y=x直线的下方。 若随着溶质A组成的变化，联结线倾斜的方向发生改变，则分配曲线将与对角线出 现交点，这种物系称为等溶度体系
第四章 萃取1
双水相萃取是近年来发展起来的一种 新萃取方法，主要用于酶和蛋白质的萃 取。其特点是用两种不互相溶的聚合物， 如聚乙二醇（PEG）和葡聚糖（DX）进 行萃取，而不用常规的有机溶剂为萃取 剂。因为所获得的两相，均含有很高的 水含量，一般达70－90％，故称双水相 系统。
定义：双水相萃取法是指利用物质在不相容 的两水相间分配系数的差异进行萃取 的方法。 优点： (1):平衡时间短,含水量高,界面张力小, 特别适合于生物活性物质的分离纯化 (2):操作简单,容易实现连续操作 (3):易于放大
1、双水相系统
1.1 双水相系统的形成图
1.2 双水相系统的类型 双水相系统分为两大类： 1）高聚物／高聚物 如：PEG/DX,聚丙二醇/PEG,甲基纤维素/DX 2）高聚物／低分子 如：PEG/磷酸钾, PEG /磷酸铵, PEG/硫酸钠
2、双水相中的分配平衡和相平衡 溶质在双水相中的分配系数：
3、影响分配系数因素（操作条件）
的综合考察
影响双水相萃取的因素： 聚合物种类；聚合物的浓度；聚合 物的分子量；离子种类；离子强度； pＨ值和温度。
3.1 成相聚合物 1）分子量M： 若降低聚合物的M，则pro分配于富 含该聚合物的相中。如PEG/DX系统， 若降低DX的M，则m减小。这一规律 具有普遍意义
如果原料中有两种溶质，A(产品)与B （杂质），由于溶质A、B的分配系数不同， 这样经萃取后A和B得到了一定程度的分离， 产品的纯度提高。溶剂对溶质A、B分离能 力的大小用分离因数来表示。
mA y A / x A mB y B / x B
β为分离因数，或称选择性，β值的大小 反映了萃取分离的效果。
萃取过程
萃取剂S 原料液 A+B 1 图 11－ 1 萃 取 过 程 示 意 图 1－ 混 合 器 ； 2－ 分 层 器 2 萃余相R
第四章 萃取-双水相萃取.ppt.Convertor
第二节双水相萃取主要内容一、概述二、物质在两相中的分配三、双水相萃取工艺流程四、双水相萃取技术的应用一、概述过滤和离心技术（取决于分离颗粒的尺寸或密度差异）难于进行收集微生物的细胞器、分离除去细胞碎片、提取和浓缩胞内物质的操作。
萃取已广泛用于液液分离，但一般的有机溶剂萃取难于分离蛋白质：（1）许多蛋白质有极强的亲水性，不溶于有机溶剂；（2）蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。
在一定条件下，水相也可形成两相甚至多相。
使将水溶性的酶、蛋白质等生物活性物质从一个水相转移到另一水相中成为可能。
1、最早的双水相萃取现象:1896年Be jerinck，把明胶与琼脂或把明胶和可溶性淀粉的水溶液混合，可分为两相（大部分明胶/大部分琼脂），聚合物的“不相溶性”。
多种不相溶的聚合物可得到多相体系。
原因？（1）聚合物的空间阻碍作用，相互间无法渗透。
（2）聚合物与无机盐可形成聚合物-盐双水相。
2、双水相萃取的优势（见表，有一系列数据说明问题）3、双水相萃取的特点：(1) 条件温和，保留产物活性；(2) 含水量高，表面张力低，耗能少(3) 大分子及小分子（红霉素、氨基酸等）萃取；(4) 易于放大(5) 影响因素复杂；(6) 成本高4、两水相体系形成聚合物混合时，是分层或成一相，取决于两种因素：一是体系熵增加，表明系统混沌程度的量，与分子数量有关；二是分子间作用力，与分子量有关，分子量越大，分间作用力也越大。
分子之间作用力：（1）A-A >A-B 相分离（2）A-A<A-B 混合（3）A-B>>A-A凝聚复合5、两水相体系类型两种都是非离子型高聚物（PEG / DEX、聚丙二醇/ DEX等）其中一种是离子型高聚物（羧甲基纤维素钠/葡聚糖DEX）两种都是离子型高聚物（羧甲基纤维素/羧甲基葡聚糖钠）其中一种是无机盐（磷酸盐、硫酸盐等）6、相图（见课件中图）理解：双结线(TKB)；；结点(T/B)；临界点(K)；系线(TB)上相（T，轻相）；下相（B，重相）当M点下移时，系线长度缩短，两相差别减小，到K点时，系线长度为0，两相差别消失而成为一相。
第四章 溶剂萃取和浸取
（3）油向水中溶解 第一步能量吸收小，但第二步吸能大， 第三步放出的能量不足以补偿所需能量， 故不易溶解。 （4）水和乙醇的溶解 两者都有氢键，第一、第二步吸能虽大， 但第三步因溶质和溶剂均为极性物质，它 们之间的氢键作用又很强，放出的能量也 很大，故溶解可以进行。
பைடு நூலகம்
从分子结构的相似性上，说明相似相溶原理：
第四章 溶剂萃取和浸取
基本要求： 掌握溶剂萃取和浸取的概念。 重点： 溶剂萃取过程的理论基础；工业萃取方 式和理论收得率；萃取设备；浸取过程的 应用；浸取速率。
萃取（Extraction）指任意两相之间的 传质过程。 在液-液萃取过程中常用有机溶剂作为萃 取试剂，故常称液-液萃取为溶剂萃取。 原理：利用一种溶质组分（如产物）在 两个互不混溶的液相（如水相和有机溶剂 相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来 进行的分离操作。
目前不能定量解释溶解的规律，常用 “相似相溶”原理。 分子之间可以有两方面的相似： 一是分子结构相似：如分子的组成、官 能团、形态结构的相似； 二是能量（相互作用力）相似：如相互 作用力有极性的和非极性的之分，两种物 质如相互作用力相近，则能互相溶解。
从能量的角度来分析几种溶解过程，说 明相似相溶原理： （1）两种惰性溶剂（不能形成氢键的溶剂， 如烷烃、苯、四氯化碳等）互溶： 第一步和第二步吸收的能量都很小，易 于由第三步放出的能量所补偿，因而溶解情 况较好。 （2）水向油中溶解：因水分子间有很强的 氢键作用，第一步需要吸收很大能量，第二 步吸能不大，而第三步放出的能量不足以补 偿所需能量，难以溶解。
第一节
溶剂萃取
一、溶剂萃取过程的理论基础 溶剂萃取中，溶质必须在两相中有不 同的溶解度，而且，这种溶解能力的差别 越大，萃取越有应用价值。 溶液中物质的溶解作用是应用溶剂萃 取技术中溶剂选择的前提。 相似相溶原理 溶剂的互溶性规律 溶剂的极性
生物分离工程第四章萃取
的物理量）
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二、分配定律与分配平衡
化学势是活度的函数：
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二、分配定律与分配平衡
所以，分配定律只有在较低浓度范围内成立。A是一个重要
的特征参数，与溶质浓度和两相性质有关。
• 分配系数：在多数情况下，溶质在各相中并非以一种分子
形态存在，特别是在化学萃取中，通常用溶质在两相中的 总浓度之比表示溶质的分配平衡，该比值称为分配系数。
到平衡时料液相和萃取相中溶质编的辑课浓件度。
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三、液液萃取设备及其设计的理论基础
• 萃取因子或萃取因素E
溶质在萃取相和萃余相中数量（质量或物质的量）的比值
• 萃余分率（ ）：萃余相中溶质的数量与料液相中溶质的
初始数量之比。
• 收率或萃取分率：萃取相中溶质的数量与料液相中溶质
的初始数量之比。
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或
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二、分配定律与分配平衡
• 相比：指一个萃取体系中，一个液相和另一个液相的体积之
比。用R表示：
R = V1
V2
• 分离系数β（分离因子）
生物工程中料液一般含多种溶质，我们为了表示萃取剂对两 种溶质A和B的分离能力的大小，引入了分离系数：一定条件 下进行萃取分离时，被分离的两种组分的分配系数的比值。 是目标产物分离纯化程度的指标。
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一、基本概念
②萃取依据：萃取原理
a.物理萃取 b.化学萃取 • 物理萃取：溶质根据相似相容原理在两相间达到分配平 衡，萃取剂与溶质不发生化学反应（物理因素）。
• 化学萃取：利用脂溶性萃取剂与溶质之间发生化学反应 （如离子交换和络合反应）生成脂溶性复合分子实现溶 质向有机相的分配。
生物工业下游技术第四章溶剂萃取法解析
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DMF
DMF是多种高聚物如聚乙烯 、聚氯乙烯、 聚丙烯腈、聚酰胺等的优良溶剂，广泛用 于塑料制膜、油漆、纤维等工业；也可作 除去油漆的脱漆剂。
它能溶解某些低溶解度的颜料，使颜料带 有染料的特点。 DMF还可作从石蜡中分离 非烃成分的有效试剂。它对对苯二甲酸和 间苯二甲酸的溶解性有良好的选择性，可 在DMF中将它们分离。
2019/8/26
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浸取
• 用有机溶剂把有用物质从固体原材料中提取到溶 液中的过程。
• 热水浸取茶叶；药酒；有机溶剂提取大豆、花生 等中的食用油。
• 浸出油：是用化学制油方法使油脂从油料中分离 出来而形成的油品。采用“六号”溶剂油将食用 油原料充分“浸泡”然后高温提取，经脱脂、脱 胶、脱水、脱色、脱臭、脱酸加工而成。油品色 浅味淡易形成溶剂油的残留。
• 乙醇具有一般伯醇的化学性质，比较活泼，是有 机合成的重要原料及溶剂。医药上常用做消毒剂 和防腐剂。乙醇还广泛用做饮料和燃料。过去， 工业乙醇中常加入少量毒性物质如甲醇等（称变 性酒精）以防止饮用。
乙醇
• 普通酒精是含95.6％乙醇和4.4％水的恒沸混合物， 沸点为78.15℃，其中的少量水分无法用蒸馏法除 去。实验室中常在普通酒精中加入生石灰回流， 再进行蒸馏，可得99.5％的乙醇。再加入金属镁 和少量碘（催化剂）回流后蒸馏，可得无水乙醇 （又叫绝对乙醇）。
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常用语
• 将供提取的溶液称为——料液（F） • 从料液中提取出来的物质 ——溶质 • 用来萃取产物的溶剂——萃取剂（S） • 溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶
液——萃取液（L或E’） • 被萃取出溶质后的料液——萃余液（R）
第四章萃取——精选推荐
第四章 萃 取萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法 物理萃取：萃取剂与溶质间不发生化学反应。
化学萃取：利用萃取剂与溶质间发生的化学反应实现溶质向有机相的分配。
萃取方式 互不相溶的两相溶剂萃取 固相或水相和有机溶剂相反胶团萃取 自由水相、结合水相与有机溶剂相 双水相萃取 两个互不相溶的水溶高聚物相 超临界萃取 超临界流体与固相或液相常用名词： 料液：含有目标产物的供提取的溶液，通常是水溶液萃取剂：用来萃取产物的溶剂 萃取液：溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶液 萃余液：被萃取出溶质后的料液分配定律： 在恒温、恒压条件下，溶质在两个互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子量相等，则其在两相中的平衡浓度之比为一常数K0，这个常数即分配常数。
上式成立必须符合以下条件：（1）必须是稀溶液；（2）溶质对溶剂的互溶没有影响；（3）必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。
分配系数 在恒温、恒压条件下，溶质在两个互不相溶的两相中达到分配平衡时，则其在两相中的总浓度之比称为分配系数。
分离因子：溶剂萃取： 将选定的某种溶剂，加入到液体混合物中，由于混合物中不同组分在同种溶剂中的溶解度不同，就可将所需要的组分分离出来，这个操作过程称为溶剂萃取。
应用领域： 主要用于分离相对分子量小于1000的化合物，如抗生素、有机酸等。
萃取剂的选择依据：依据相似相溶原理选择萃取剂相似：1）分子的组成、官能团、形态结构相似； 2）相互作用力相似相互作用力有极性与非极性之分，常用介电常数作为一个化合物摩尔极化程度的量度。
萃取剂的选择依据根据萃取目标产物的介电常数，寻找极性相接近的溶剂作为萃取剂，是溶剂选择的重要方法。
分子的极化程度可用介电常数D 表示。
各种溶剂的介电常数（在25?C 时） 溶剂 介电常数D ／(F ·m-1) 溶剂 介电常数D ／(F ·m-1)己烷 1.90（极性最小） 1—丁醇 17.8 环己烷2.02 1—戊醇 20.1 氯 仿 4.87 甲酸 59四氮化碳 2.24 丙 酮20.7苯 2.28 丙 醇 22.2 甲 苯 2.37 乙 醇 24.3 二乙醚 4.34 甲 醇 32.6 乙酸乙酯 6.02 水 78.54(极性最强) 2一丁醇 15.8一个良好的萃取剂应满足以下要求：1） 有很大的萃取容量2）有良好的选择性3）与被萃取的液相互溶度要小，且粘度和界面张力均较低，有利于传质和相分离4）溶剂的回收和再生容易5）化学性质稳定，不易分解，对设备腐蚀性小6）经济性好，价廉易得，安全性好，闪电高、低毒等 生物工业上常用的萃取剂有酯类、醇类和酮类等物理萃取 以青霉素（弱酸）为例，在溶液中存在下述电离平衡方程式： 不解离的青霉素的分配系数K0为： 萃余相浓度萃取相浓度==R L c c K 0t ,1t,2c c m =杂产m m =αHL RCOOH RCOOH K ][][0=表观分配系数K 为：HH LRCOO RCOOH RCOOH K ][][][-+=电离平衡常数Ka 为：HHa RCOOH RCOO H K ][]][[-+=由上面四个关系可以导出：apK pH a a K H K H K H K K K -++++=+=+=1011][][]/[11000 对于弱碱，得到类似的结果：pHpK b K K -+=10110 水相物理条件对萃取的影响pH ：弱酸性电解质pH 低有利，若碱性电解质则相反无机盐的存在可降低溶质在水相中的溶解度，有利于溶质向水相中分配。
第四章 萃取综合
第四章萃取一、名词解释萃取：是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。
反萃取：通过调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作成为反萃取。
分配系数：在恒温恒压条件下，溶质在互不相容的两相中达到分配平衡时，其在两相中的浓度之比为一常数，该常数称为分配系数。
即K=溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度=C2/C1。
分离因子：萃取剂对溶质A和B的选择或分离能力可以用分离因子表示。
即α=(C2A/CIA)/(C2B/C1B)=KA/KB(C:浓度；下标1,2分别表示萃余相和萃取相；A、B：溶质；α越大，A和B越容易分离，分离效果越好)超临界流体：物质均具有其固有的临界温度和临界压强，在P-T相图上称为临界点，在临界点以上物质处于即非液体也非气体的超临界状态，这时的物质称为超临界流体。
化学萃取：化学萃取是指利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合因子实现水溶性溶质向有机相的分配，主要用于一些氨基酸和极性较大的抗生素的萃取。
双水相体系：某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相，并且在两相水分均占有很大比例，即形成双水相系统。
萃取因子：即萃取平衡后萃取相和萃余相中质量之比。
用E表示。
盐效应：由于同一双水相系统中添加不同的盐产生的相间电位不同，故分配系数与静电荷数的关系因无机盐而异，这称为盐效应。
二、选择1.萃取利用的是物质在两相之间的___B___不同来实现分离或纯化。
A.溶解度比B.分配系数C.分离系数D.稳定常数2.下列搭配中不适合双水相萃取的是____C__。
A.聚乙二醇/磷酸盐B.葡聚糖/甲基纤维素C.聚乙二醇/丙三醇D. 聚乙二醇/葡聚糖3.荷电溶质分配系数的对数与溶质的净电荷数成___A___关系，称为______。
A.正比/盐效应B.指数/塞曼效应C.非线性/道南效应D.反比/法拉第效应4.对于超临界流体萃取，溶解萃取物时通常__C____；分离萃取物时通常______。
萃取化学原理与应用第四章、中性络合萃取体系
i) 假设萃合物的组成为： Mw(NO3)y • mR3P=O • pH2O
ii) H2O的配位数：利用Karl Fisher滴定的方法进行确认
mR3P=O(O) + wMn+(a) + yNO3-(a)
Mw(NO3)y • mR3P=O(O)
Ke = [Mw(NO3)y•mR3P=O](O) / [R3P=O]m(O) [Mn+]w(a) [NO3-]y(a)
有机相中TBP的总浓度： CTBP(O) = [TBP](O) + ∑[TBP•jHNO3](O)
= [TBP](O) + ∑Βj[TBP](O) [HNO3]j(a)
= [TBP](O) (1 + ∑Βj[HNO3]j (a))
有机相中HNO3的总浓度 CHNO3(O) = [HNO3](O) + ∑j[TBP•jHNO3](O) = [HNO3](O) + ∑jΒj[TBP](O) [HNO3]j(a) = [HNO3](O) + [TBP](O)∑jΒj [HNO3]j (a)
实验思路如下：
i) 设计TBP的起始浓度为：0.1M、0.3M、0.5M、1M、2M、3M、纯 TBP；
ii) 设计HNO3的起始浓度为：0.1M、0.5M、1.05M、2.0M、3.0M、 4.0M、5.0M、…………….10M、12M;
iii) 让不同起始浓度TBP与不同起始浓度的HNO3混合、震荡、分相之后， 可以测得一系列平衡时水相中硝酸总浓度CHNO3(a)，以及相应的有机相中
HNO3对TBP的平均配位数ñ为
ñ = CHNO3(O)-[HNO3](O) / CTBP(O) = ∑jΒj[HNO3]j(a) / (1 + ∑Βj[HNO3]j(a))
第四章 萃取
六、萃取过程的类型
1. 单级萃取
2. 多级萃取
•
•
错流多级萃取
逆流多级萃取
七、萃取过程的设备
1. 混合设备
• 搅拌罐
• 管式混合器
• 喷嘴式混合器
2、分离设备
• 重力分离设备——沉降式
• 离心力分离设备——碟式、管式、倾析式
思考题
1. 2. 3. 何谓溶媒萃取？其分配定律的适用条件是什么？ 在溶媒萃取过程中pH值是如何影响弱电解质的提取？ 何谓乳化液？乳化液稳定的条件是什么？常用去乳化方法有那些？
第四章 萃取分离法
一、 概述
1. 定义——利用物质在互不相溶的水相与有机相间的
分配系数不同而达到分离的过程，也称溶媒萃取。
2. 特点——浓缩倍数和纯化倍数较高，可连续、多级
操作，溶剂耗量大，对设备、安全要求高
3. 应用——生物小分子物质：抗生素、有机酸、氨基
酸等
4、萃取的原理——分配定律
1)
•
分配定律公式推导
– – – 盐析效果 去乳化 增大水相密度
c) 温度
– T↑，K↑，互溶性↑，效率↓
–
T↓，K↓，稳定性↑，传质速率↓
d) 带溶剂
– 酸性物质+脂肪碱（十二烷胺、四丁胺等）
– 碱性物质+脂肪酸（月桂酸等）
7、乳化现象和去乳化
1) 乳化现象
有机相
乳化层 水 相
2）乳状液及其类型
• • 乳状液——一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的 液体中所构成的分散体系，也称乳浊液。 类型——油包水（W/O ）型和水包油（O/W ）型两大类
K 有机相（萃取相、轻相）
AH
A- + H+
环境工程原理第四章-萃取
目录
CONTENTS
• 萃取原理简介 • 萃取过程 • 萃取实验方法 • 萃取技术发展与展望 • 案例分析
01
CHAPTER
萃取原理简介
萃取的定义
萃取是一种分离技术，通过将溶质从 一种溶剂转移到另一种溶剂中，实现 溶质的分离和纯化。
在环境工程中，萃取常用于处理废水、 废气和土壤等介质中的有害物质，将 其从一种介质转移到另一种介质中， 从而达到净化和治理的目的。
萃取技术的发展
随着科学技术的进步，萃取技术不断改进和完善，为环境工程领域 提供了更多有效的处理方法。
新型萃取技术的研究与应用
01
超临界流体萃取
利用超临界流体的特殊性质，实 现对目标污染物的快速、高效提 取。
02
03
反相微胶团萃取
双水相萃取
通过形成反相微胶团，提高目标 污染物在有机相中的溶解度，实 现选择性提取。
研究表明，通过优化萃取剂种 类、浓度、温度和时间等参数 ，可提高底泥中有机污染物的
萃取效率。
实际应用中，需综合考虑底泥 的实际情况和处理要求，选择 合适的萃取工艺参数。
THANKS
谢谢
萃取分离阶段利用萃 取剂与水相的互溶性 差异，将油类物质从 水相转移到萃取剂中。
后处理阶段包括反萃 取、再生萃取剂和废 水排放等步骤，以实 现资源的回收利用和 废水的达标排放。
某工业废水中的重金属离子萃取去除实例
某工业废水含有重金属离子如铜、铅、锌等，采用萃取 法进行去除。
萃取剂的选择需考虑与重金属离子的结合能力、萃取剂 的稳定性以及再生性能等因素。
萃取剂的种类
根据目标物质的性质和萃取要求， 选择适当的萃取剂种类，如有机 溶剂、酸性或碱性溶液等。
第四章萃取分离法详解
萃余率：
原 萃始 余料 液液 中中 溶 1溶 质 0% 0质 总 E总 1量 1量 10% 0
理论收率：
111 10 % 0E 10 %0
E1
E1
例如：
洁霉素在20℃和pH10.0时表观分配系数〔丁 醇/水〕为18。用等量的丁醇萃取料液中的 洁霉素，计算可得理论收率
1 1810% 09.4 7%
第四章萃取分离法详解
根底知识
• 萃取又称溶剂萃取，亦称抽提〔通用于石 油炼制工业〕，是一种用液态的萃取剂处 理与之不互溶的双组分或多组分溶液，实 现组分别离的传质别离过程，是一种广泛 应用的单元操作。
• 将溴水和苯在分液漏斗里混合后振荡、静 置〔静置后液体分层，Br2被溶解到苯里 ，苯与水互不相溶，苯比水轻在上层，因 溶有Br2呈橙红色，水在下层为无色〕、 分液即完成萃取
1 81
假理设论改收用率1：1/3体 积丁6醇1 萃0 取% 0 ，E8 1.57% 811/3 6
61
注：当分配系数一样而萃取剂用量减少时， 其萃取率下降。
〔二〕多级错流萃取
萃余率：
nE11E2 11 En110 % 0
理论收率
n
1
E1n
10% 0
1 n 1E 11 n 1% 0 0 E E 1 1 n n1 1% 00
• ①多级错流萃取。料液和各级萃余液都与新颖的萃 取剂接触，可达较高萃取率。但萃取剂用量大，萃 取液平均浓度低。
• ②多级逆流萃取。料液与萃取剂分别从级联〔或板 式塔〕的两端参加，在级间作逆向流动，最后成为 萃余液和萃取液，各自从另一端离去。料液和萃取 剂各自经过屡次萃取，因此萃取率较高，萃取液中 被萃组分的浓度也较高，这是工业萃取常用的流程 。
第四章 溶媒萃取
• 离子对／反应萃取：使目标溶质与溶液中某一组分 离子对／反应萃取： 通过络合反应、酸碱反应或离子交换反应生成极性 通过络合反应、酸碱反应或离子交换反应生成极性 较弱的络合物，易从水相转移到有机溶剂／ 较弱的络合物，易从水相转移到有机溶剂／萃取系 统中。 统中。
萃取过程应用举例 eg.1）链霉素萃取 eg.
溶剂萃取概述
萃取过程
溶剂萃取概述
Light phase
杂质
溶质 萃取剂 原溶剂
Heavy phase
溶剂萃取概述
萃取的基本概念
溶质从料液转移到萃取剂的过程。 ①萃取 : 溶质从料液转移到萃取剂的过程。 反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。 ②反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。
在
完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步 分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操作 就称为反萃取（Back extraction)
2．有机溶剂的选择
根据相似相溶的原理，选择与目标产物极性相近的有机溶 剂为萃取剂，可以得到较大的分配系数（根据介电常数判 断极性）； 有机溶剂与水不互溶，与水有较大的密度差，黏度小，表 面张力适中，相分散和相分离容易； 应当价廉易得，容易回收，毒性低，腐蚀性小，不与目标 产物反应。常用于生化萃取的有机溶剂有丁醇、丁酯、乙 酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等。
分离因素表示有效成分A与杂质 的分离程度 分离因素表示有效成分 与杂质B的分离程度。 与杂质 的分离程度。 ＫＡ β= ＫＢ β=1 KA = KB 分离效果不好； 分离效果不好； β>1 KA > KB 分离效果好； 分离效果好； β越大，KA 越大于 B，分离效果越好。 越大， 越大于K 分离效果越好。 越大
溶剂萃取概述
第四章萃取-2010
BUCT
萃取剂与溶质之间有无化学反应： 物理萃取： 相似相溶原理 化学萃取：
BUCT
发生离子交换或络合等化学反应，形成 脂溶性复合分子。
根据萃取剂种类和形式不同： 液液萃取 有机溶剂萃取（简称溶剂萃取） 双水相萃取 液膜萃取 反胶团萃取
3
物理萃取：应用于石油化工、抗生素及天然植物中有效 成分的提取。 化学萃取：用于金属、氨基酸、抗生素和有机酸等。多 需加稀释剂（diluent）改善萃取相的物理性质，常加入 煤油、己烷、四氯化碳和苯
18定义式浓度活度之比浓度之比总摩尔浓度之应用全部浓度范围内稀溶液稀溶液分子形态两相中分子形态相同分子形态可不多组分萃取料液中存在ab两种组分ab在两相中分配不同分离因素lahalbhb类似于蒸馏里的相对挥发度越大分离效果越好1没有分离萃取剂对溶质a和b分离能力的大小buct特点
BUCT
一第一节概 述
分离因素β
β=
CLA / CHA AA = CLB / CHB AB
萃取剂对溶质A和B分离能力的大小 类似于蒸馏里的相对挥发度α β越大，分离效果越好，β＝1，没有分离
19
特点： 1. 石化，湿法冶金和生物产物 2．处理量大，能耗低，速度快，可连续操作和自动 化控制。
20
一．弱电解质在有机溶剂——水相间的分配平衡 BUCT 有机酸： AH 有机相
5
料液H
dc = K a (c * − c ) dt
单级萃取
6
1
几个名词：
BUCT BUCT
萃取剂L
萃取液
料液H 溶质x 萃余液 （或萃残液） 图3 萃取、洗涤和反萃取操作示意图
7 8
五．应用范围
第二节 分配定律和分配平衡
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3)乳状液稳定条件=乳化剂=表面活性剂
表面活性剂在界面 上的定向排列
水包油(O/W)型
油包水(W/O)型
降低界面张力,降低表面自由能 界面电荷 界面膜 增大介质黏度
2)分离因素(β)
1 KA C(L,A) / C(L,B) β= —————— = KA×—— = —— C(R,A) / C(R,B) KB KB
其中: C(L,A) , C(L,B) —分别为萃取相中溶质A,B的浓度 C(R,A) ,C(R,B) —分别为萃余相中溶质A,B的浓度
6,萃取工艺条件的选择
1)萃取剂的选择
1) 分配系数 K 2) 互不相溶性 3) 毒性低,黏度低,安全性好,价格低,易回收等
☆ 常用的萃取剂有:
乙酸乙酯,乙酸丁酯,丁醇等
2)水相条件的选择
a) pH值
– – 分配系数 K 分离因素β
[AH] K
K表= ———— = ———— [AH]+[A-] 1+10(pH-pKP)
K 有机相(萃取相,轻相) 有机相(萃取相,轻相)
AH
A- + H+
KP 水相(萃余相,重相) 水相(萃余相,重相)
[AH] K 得出: K表= ———— = ———— [AH]+[A-] 1+10(pH-pKp) [AH] K 碱性电解质,同理得出:K表= ———— = ———— [AH]+[A-] 1+10(pKp - pH)
第四章 萃取分离法
一, 概述
1. 定义——利用物质在互不相溶的水相与有机相间的
分配系数不同而达到分离的过程,也称溶媒萃取.
2. 特点——浓缩倍数和纯化倍数较高,可连续,多级
操作,溶剂耗量大,对设备,安全要求高
3. 应用——生物小分子物质:抗生素,有机酸,氨基
酸等
4,萃取的原理——分配定律
1)
分配定律公式推导
表面活性剂
定义:由亲水憎油的极性基团(亲水基)和亲油憎水
的非极性基团(疏水基)两部分组成的分子.
疏水基
亲水基
种类:离子型(阴离子,阳离子),非离子型
HLB值(hydrophile-lipophile balance): 0—20
亲水基团的分子量 HLB值=——————————×20 疏水基团的分子量 HLB越大→O/W HLB越小→W/O
4)生物类料液引起的乳化现象
原因——蛋白质是一种天然乳化剂
种类——பைடு நூலகம்多形成W/O型
5)去乳化方法
加热 稀释 离心 过滤 静电 电解质 顶替法 转型法
六,萃取过程的类型
1. 单级萃取 2. 多级萃取
错流多级萃取 逆流多级萃取
七,萃取过程的设备
1. 混合设备
搅拌罐 管式混合器 喷嘴式混合器
吉布斯(Gibbs)吸附公式
c dσ Γ= - —— —— RT d c
�
–
稳定性
b) 离子浓度
– – – 盐析效果 去乳化 增大水相密度
c) 温度
– – T↑,K↑,互溶性↑,效率↓ T↓,K↓,稳定性↑,传质速率↓
d) 带溶剂
– 酸性物质+脂肪碱(十二烷胺,四丁胺等) – 碱性物质+脂肪酸(月桂酸等)
7,乳化现象和去乳化
1) 乳化现象
有机相
乳化层 水 相
2)乳状液及其类型
2,分离设备
重力分离设备——沉降式
离心力分离设备——碟式,管式,倾析式
思考题
1. 2. 3. 4. 5. 何谓溶媒萃取?其分配定律的适用条件是什么? 在溶媒萃取过程中pH值是如何影响弱电解质的提取? 何谓乳化液?乳化液稳定的条件是什么?常用去乳化方法有那些? 在发酵工业中,去乳化有何实际意义? 某澄清的发酵液中含260mg/l放线菌D, 现用醋酸丁酯进行多级萃取. 已知平衡常数K=57.0,料液流量450升/时,有机相流量20升/时. 为达到此抗生素收率为98%的要求,需要多少级的萃取过程?分 别用解析法和图解法计算.
1 = 2 (= 0 + RT lna )
02—01 ln( a1 / a2) = —————— RT C1/C2=K
a1 / a2 = K
2)
分配定律的适用条件
稀溶液 溶质对溶剂的互溶性没有影响 溶质在两相中同为一种分子类型
5,弱电解质的分配平衡
1)分配定律公式推导(以酸性电解质为例) AH