第三章 溶剂萃取分离法-xin

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。
Aw Ao Bw Bo
K D=
[A] [A]
o w
[B] K D= [B]
o w
KD即为分配系数。
第二节 溶剂萃取分离法
2. 分配系数（KD）
讨论：
1. 分配系数仅是一个近似常数，当萃取物浓度 较低（I＝0）且有机相和水相中萃取物的型体 完全相同时，它才仅是温度的函数。 2. 分配系数是表征萃取体系分离物质特性的重 要参数。分配系数大的物质较分配系数小的物 质更大比例的进入有机相。两种物质的分配系 数相差越大，该萃取体系分离这两种物质的效 果越好。
萃取分离中, 在什么情况下, 分配系数K与分配 比D相等? A.溶质在两相中的溶解度相同 B.溶质在两相中的存在形式相同 C.溶质在两相中的Ksp相同 D.分配系数K=1 B
第二节 溶剂萃取分离法
4. 萃取率（E）
[定义]
E
A在有机相中的总量 A在两相中的总量和

C A ,O V O C A ,O V O C A , W V W
第二节 溶剂萃取分离法
Exercise 1
1. 在萃取分离达到平衡时溶质在两相中的浓度比称为
A.浓度比 B.萃取率 C.分配系数 D.萃取回收率
C
2.液-液萃取分离的基本原理是利用物质在两相中的 A.Ksp不同 B.溶解度不同
C.分配系数不同
D.存在形式不同
C
第二节 溶剂萃取分离法
Exercise 2
VW mL mo
O
移项, 整理:
m1 = mo
Vw ( D Vo +V
w
)
1
在用新鲜的 Vo mL
第二节 溶剂萃取分离法
萃取, 完成后,W相A还剩m2 g, 则O相有: (m1 – m2) g
D=
m1 - m2
C A ,o C A ,w = Vo
m2
Vw
移项, 整理:
m 2 m1( VW DV o V W )
解: (1). 全量一次萃取时:
m1 = mo
= 10 (
Vw )
w
( D Vo +V
1
100 85 x 90 +100
) = 0.13 mg
(2). 每次用30 mL分3次萃取时:
m3
=
mo
VW ( DV
O
) +V
W
3
100 = 10 ( 85 x 30 +100 )
3
= 5.4
x 10
-4
mg
常见的亲水基团: —OH、—SO3H、—COOH、 —NH2、=NH等。
常见的疏水基团: —R、—RX、—Ar等。
第二节 溶剂萃取分离法
2. 分配系数（KD）
1891年，Nernst发现了分配定律：“在一定温 度下，当某一物质在两种互不混溶的溶剂中分配 达到平衡时，则该物质在两相中的浓度之比为一 常数。”
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
W

]W
[HAc]
聚合平衡:
K
p

[(HAc) [HAc]
2 O
]o
2
分配比:
D= C HA c C HA c
, o , w
分配平衡:
[H A c]o = [H A c]w + [A c ]w + 2 [( HA c)2]o
KD [HAc] [HAc]
O W
=
K D ( 1 + 2 K p [ HA c ]o ) 1+ K a / [ H ]w
EDTA是否属于抑萃络合剂？
第二节 溶剂萃取分离法
对萃取剂的一般要求



萃取剂至少要有一个与金属组分发生键合 的官能团（如O,N,S等） 具有较长碳链或芳环（保证易溶于有机相 而难溶于水），但不能太长。 选择性较高 化学稳定性好，不易水解，毒性小，形成 的萃合物反萃容易
1
mo(
VW DV o V W
)
2
第二节 溶剂萃取分离法
n 次萃取, 水相中剩余的量为mn g , 则:
Vw n ) D Vo +V
w
……
mn
=
mo(
E
A 在有机相中的总量 A 在两相中的总量和
wk.baidu.com
mo mn mo
例2. 有100mL含I210mg的水溶液,用90mLCCl4分别 按下列情况萃取(D=85):(1)全量一次萃取; (2)每次 用30mL分3次萃取. 求萃取百分率各为多少?
二、溶剂萃取的发展方向




合成毒性小而萃取性能优异的萃取剂 结合现代化方法进行萃取动力学研究 与其他分离和测定方法相结合 结合红外、核磁共振等研究萃取机理 用于湿法冶金，尤其是铂族元素、稀土元 素、铀、钍、钪等的湿法冶金 研究固体萃取机理、动力学和应用
§3－2
溶剂萃取分离法
一、溶剂萃取分离法的原理
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：
第三章 溶剂萃取分离
Solvent extraction 第一节 第二节 第三节 概述 溶剂萃取分离法 溶剂萃取分离法的应用
第四节
萃取色谱
§3－1
概 述
一、溶剂萃取的发展史
（History of solvent extraction）
二、溶剂萃取的发展方向
（Trends of solvent extraction）
0 . 0266 ( mol / L )
第二节 溶剂萃取分离法
例5.18℃时，I2在CS2和水中的分配比D为40.0。如果一
定体积的水溶液中含I2 0.018g,用两份等体积的CS2萃取
两次，测定水中剩余的I2为4.07×10-5g,则每次萃取时的
相比(V水/VCS2)是多大?
解：
因为
mn mo(
3. 分配比（D）
D
[A 1 ]O [A 2 ]O [A i ]O
' '
[A 1 ]W [A 2 ]W [A n ]W

CO CW
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。
例:
电离平衡:
Ka [H

] W [Ac
+
可见：D随[HAc]o 和[H+]w而变！
第二节 溶剂萃取分离法
3. 分配比（D）
讨论：
1. 分配比考虑了被萃取物的各种化学形式在两 相中的分离总效果。D值越大，萃取越完全。一 般D>10，萃取已很完全。 2. 分配比不是一个常数，它与被萃取物的起始 浓度、水相的酸度、萃取剂浓度、掩蔽剂、温 度等因素都有关。
第二节 溶剂萃取分离法
校正一：若浓度较高（I = 0），则应校正 I 的影 响，即用活度比PD代替浓度比KD。
PD
ao aw

o [ A ]o w [ A ]w

o w
K
D
校正二：若萃取物在两相的存在形式不同，如发 生了离解、缔合等副反应，则应校正存在形式的 影响，即用分配比D。
第二节 溶剂萃取分离法
E m ＝
m
W ,总
o ,总 o ,总 －4
＋m
10 － 5 . 4 10 10
＝ 99 . 95 ％
可见: 同量的萃取溶剂,分几次萃取的效率 比一次的萃取的效率高
第二节 溶剂萃取分离法
例3.用苯萃取等体积的乙酰丙酮的水溶液，萃 取率为84 % ，则乙酰丙酮在苯与水两相中的分 配比是多少? 若使乙酰丙酮的萃取率达97%以上， 至少用等体积的苯萃取几次?
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
5
vW DV O V W
D 10 100
)
D = 5.0432.
第二节 溶剂萃取分离法
5. 分离系数（β）
[定义]
同一萃取体系在相同萃取条件下两种元素分配比比 值，又称为分离因子或分离因数。
一、溶剂萃取分离法的原理

1. 溶剂萃取的定义和本质
（definition and essence of solvent extraction)

2. 分配系数
(distribution coefficient)

3. 分配比
(distribution ratio)

4. 萃取率
(extraction rate)
D D VW / VO

DV O DV O V W

第二节 溶剂萃取分离法
4. 萃取率（E）
R
E
Vw Vo
D
称为相比
D R
当 R = 1 时，
D E D 1
D E% 1 50 10 91 100 99 1000 99.9 100
D
1.0
0.01
0 50 100
E%
第二节 溶剂萃取分离法

5. 分离系数 (separation coefficient)
第二节 溶剂萃取分离法
1. 溶剂萃取的定义和本质
[定义]溶剂萃取是利用物质在互不相溶的两 相中的不同分配特性进行分离的方法 优点：设备简单、操作快速、 分离效果好。 缺点：劳动强度大、有机溶 剂易挥发、易燃、有毒。
第二节 溶剂萃取分离法
β
讨论：
DA DB
1. 分离系数反映了A和B组分从水相进入有机相的难易程度。β 值越大，两种组分被分离的可能性越大。 2.一般认为，β>104，可认为两种组分定量分离。
第二节 溶剂萃取分离法
二、溶剂萃取分离法基本概念





萃取液和萃余液：萃取分层后的有机相称为萃取液，此 时的水相为萃余液 萃取剂：使金属离子从亲水性转变为疏水性的试剂 萃取溶剂：指不与水混溶且能够构成连续有机相的液体 萃合物：指萃取剂与被萃取物形成的化合物 反萃取剂：使被萃取物返回水相的物质 抑萃络合剂：指溶于水且与被萃金属离子形成溶于水而 不溶于有机相的试剂 盐析剂：指易溶于水而不被萃取，但能促进萃合物转入 有机相的无机盐类
10.00mL 0.1025 mol/L的HA水溶液，用10.00mL CH3Cl萃取后，取5.00mL水相，用NaOH滴定，消 耗2.10 mL,该NaOH溶液的浓度是多少? 解： 8 . 20
E 8 . 20 10 0 . 891 10
C ( NaOH )
(1 0 . 891 ) 0 . 1025 5 . 00 2 . 10
例1:在HCl介质中,用乙醚萃取Ga时,D = 18,若萃
取Ga时V水 = V有,则Ga的E = ?
解:
E
D D VW / VO
18 = 94.7% 18 + 1
E =
第二节 溶剂萃取分离法
多次萃取
设最初:
Vo A
萃取完成后, W相A还剩m1 g, 则O相有: (mo - m1) g
D C A, O C A, W (m 0 m 1 )/V m 1 /V w
第二节 溶剂萃取分离法
二、溶剂萃取分离法基本概念
例：用双硫腙-CCl4法测定铅合金中的银。将试样分解后， 在适宜的酸度下加入双硫腙和EDTA。由于Ag＋不与EDTA 形成稳定的络合物，它与双硫腙络合后被CCl4萃取，同时 Pb2＋及其他金属离子因与EDTA生成稳定而带电荷的络合 物而留在水中。 萃取剂： 萃取溶剂： 萃合物： 双硫腙 CCl4 双硫腙-Ag+络合物
（principle of solvent extraction）
二、溶剂萃取分离法基本概念
（basic concepts of solvent extraction）
三、溶剂萃取分离法的类型
（types of solvent extraction）
四、提高溶剂萃取率的途径
（methods of improving extraction rate）
1. 溶剂萃取的定义和本质
[本质] 将物质由亲水性转化为疏水性的过 程，即把物质从水相进入有机相的过程。 （相反的过程称为反萃取） 亲水性（hydrophilic） 易溶于水难溶于有机溶剂的性质。 疏水性（hydrophobic） 易溶于有机溶剂难溶于水的性质.
第二节 溶剂萃取分离法
物质对水的亲疏性是有一定规律的： (1) 离子都有亲水性。 (2) 亲水基团越多亲水性越强。 (3) 疏水基团越多、分子量越大、疏 水性越强。