关于萃取的论文作业

论文作业

山东大学化学与化工学院08级吴冬玲200800110126

期刊名称：《化工进展》

论文题目：《绿色溶剂碳酸二甲酯对有机物的萃取性能及其机理研究》期卷页码：2002年第z1期第1~5页

作者姓名：张景涛朴香兰朱慎林

研究内容：

选择绿色溶剂碳酸二甲酯（DMC）作为萃取剂来消除原有液液萃取过程中存在的污染问题。实验测定了13种物质的碳酸二甲酯/水分分配系数，并结合物质分子结构分析基团与分配系数间关系。选择香兰素详细研究了DMC的萃取性能。在分析溶质与碳酸二甲酯间分子间作用力基础上，提出使用疏水性参数（lgP）作为研究碳酸二甲酯萃取性能的辅助参数。结果发现分配系数对数（lgD）与物质的疏水性参数（lgP）之间具有很好的线性关系。lgD 与lgP关系为DMC应用于萃取体系提供了理论依据。

实验方法：

取一定体积的萃取剂与一定体积的水溶液共同放入100mL的具塞磨口锥形瓶中，然后将其放入GFL1086恒温水浴摇床中。所有的萃取平衡在摇床中进行，转速为180r*min-1，振荡的时间为60min。萃取后样品使用离心机在4000r*min-1下离心10min。经过对有机相和水相体积测量后分别分析分相后的样品。水相样品中浓度（除对氨基苯甲酸）使用NaOH 溶液进行滴定测得，其余样品的分析均使用HP—8452紫外分光光度计，有机相含量使用物料衡算的方法得到。

实验结果：

1、有机物在碳酸二甲酯和水中的分配

分配系数定义为平衡时溶质在有机相中的浓度与水相浓度之比。将从脂肪酸、无机酸、两性化合物、氨基酸到苯酚、苯胺比较，发现lgD变化范围是从-1.1~1.4，这表明分配系数变化超过200倍；苯基团对于分配系数的贡献较大；羧基对于整体的分配系数也有相当的贡献。

2、香兰素萃取

选择香兰素作为代表溶质研究DMC的萃取性能。香兰素是一种在日常生活中常用的香料，同时也是工业生产中重要的化学品。在纯化香兰素的过程中，使用甲苯将香兰素从水溶液中萃取提纯。由于甲苯具有较高的毒性，因此原有的过程污染较大。这里使用正己烷作为稀释剂而以碳酸二甲酯作为萃取剂来替代原有的甲苯。

此图为香兰素在水相和有机相之间的相平衡曲线。由图可以看出相平衡曲线基本为直线，这表明分配系数基本不随浓度发生变化。同时随着初始有机相中DMC 浓度的增加，相平衡曲线斜率增加，也即分配系数得到增加。有机相浓度在60%以上可以获得高于甲苯的分配系数，因此可以用来替代甲苯作为萃取剂。

此图为三级错流萃取后的萃取率结果。结果表明单级萃取率可以在75%以上，随着萃取相比增加，萃取率随着增加。同时随着萃取级数增加，萃取率会大幅增加。三级以后的萃取率都接近100%，这表明使用DMC 作为萃取剂可以很好的回收香兰素。

萃取机理

液液萃取中物质在两相中的分配关系依赖于被萃取物质分子与两相溶剂分子之间的作用力。因此萃取机理的分析依赖于对萃取溶质与萃取剂之间的分子间作用力的分析。对碳酸二甲酯结构分析表明碳酸二甲酯与溶剂分子之间的只能是范德华力和氢键。如果使用适当的参数来描述这些力，则就可以通过将分配系数与这些参数进行比较来推出萃取机理。

疏水性参数是环境研究中对有机物毒性衡量的一个重要指标。在研究有机物的毒性过程中发现有机物必须溶解在生物的脂组织中才能致毒。有机物疏水性越强，越倾向于溶解在脂中。因此，在定量结构—活性关系研究（QSAR ）中它作为影响活性的参数被应用。当前疏水性参数采用的是Hansch 推荐的正辛醇/水分配系数P ，并一般以对数的形式出现（lgP ）。P=平衡时有机物在正辛醇相中的浓度平衡时有机物在水相中的浓度

从热力学的角度看，液液相平衡时，μi org=μi aq由于μi=μ0+RTln(γi x i)，可以得到

P=x s org/x s aq=γs aq/γs org lgP=lg(γs aq/γs org),s表示溶质。

一般，lgP取溶质在无限稀释情况下的结果，因此可以得到：lgP=lg(γs aq，∞/γs org,∞) 溶质的无限稀释活度系数与溶解度参数有如下关系：

RTlnγ2∞=V2[(λ1-λ2)2+(τ1-τ2)2-2ψ12]+RT[ln(V2/V1)+(1-V2/V1)]

式中，λ、τ分别为物质的非极性和极性溶解度参数；下脚标1和2分别代表溶剂和溶质。由于物质的溶解度参数反映物质内能，因此可知lgP可以作为反映范德华力的参数。

此图列出了这些物质的lgP对lgD作图得到的结果，由图可以看出，lgP与lgD之间有相当好的线性关系。这说明碳酸二甲酯对这些物质的作用与正辛醇对这些物质的作用力基本相同，因此可以知道碳酸二甲酯的萃取过程以范德华力为主。这就表明疏水性作用在最终的萃取分配系数上起到决定作用。

lgP是环境上应用的重要指标，绝大多数物质都有文献报道的lgP，因此上图可以用来在实际中使用辛醇/水分配系数预测物质在碳酸二甲酯和水中的分配。由于辛醇/水分配系数基本是对物质的极性的衡量，因此可以得到结论是物质的极性小，易被碳酸二甲酯萃取。

结论

实验结果表明苯基团对于分配系数的贡献较大，脂肪酸具有的碳链越长，分配系数越大。香兰素在DMC和水之间的分配系数不随着水相中香兰素浓度变化。有机相中DMC体积浓度在60%以上时可以取得高于甲苯的分配系数，因此可以用来代替甲苯作为萃取剂。三级错流萃取以后的萃取率都接近100%，这表明使用DMC作为萃取剂可以很好的回收香兰素。

结果发现分配系数对数（lgD）与物质的疏水性参数（lgP）之间具有很好的线性关系。碳酸二甲酯的萃取过程以范德华力为主，物质的亲油性强或者辛醇/水分配系数高，则易被碳酸二甲酯萃取。lgD与lgP关系可以作为萃取体系选择的一个依据。