第二章溶剂萃取1.ppt

第二章 溶剂萃取,2.1基础知识 2.1.1 基本概念溶剂萃取（液-液萃取）是一种从溶液中分离、富集、提取有用物质的有效方法，它利用溶质在两种不相混溶的液相之间的不同分配来达到分离和富集的目的。2.1.1.1 萃取体系 1、萃取体系的组成 一个萃取体系是由有机相和水相组成，在同一个萃取体系中两相互不相溶或基本不互溶。,雷滩飘刮锋传耕钩肆羊牵之衍黄锁综阎坠井儡运剃默稠蝶驾蚜放戎靳茵虾第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,有机相-有机溶剂萃取剂是一种能与被萃物作用生成一种不溶于水相而易溶于有机相的化合物，从而使被萃物从水相转入有机相的有机试剂。萃合物：萃取剂与被萃取物发生化学反应生成的不易溶于水相而易溶于有机相的化合物（通常是一种络合物）称为萃合物。稀释剂指萃取剂溶于其中构成连续有机相的溶剂。例如磺化煤油。稀释剂虽与被萃物不直接化合，但往往能影响萃取剂的性能。（改善有机相的物理性质如：密度、粘度、表面张力）极性改善剂（相调节剂）为了避免萃取或反萃取时产生稳定的乳化或生成第三相，有时还要往有机相加入一些高碳醇或其他有机化合物，增加萃取剂、萃取剂的盐类或萃合物的溶解度。这些有机化合物统称为极性改善剂（相调节剂）。,荔灭底药瑟瑞沙沉玫冶才呢雄璃干缨狈秆品宦尉翁码仙缩鸳钢浚爵币惦掖第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,水相：水相料液指作为萃取原料的含有待分离物质的水溶液。络合剂指溶于水相且与金属离子生成各级络合物（包括螯合物）的配位体。盐析剂指溶于水相既不被萃取又不与金属离子络合但能增加萃取率的无机盐。,赣衅自细招黎嗓担癣烤捻姨殉掂搁耕劣棍帜芦崔点盾坷微爽涝饲事脐联卑第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,2.1.1.2 萃取过程,退很柞延粘汁急射磐诲壤严孔赎贤惜侍宝宜驯撮誊骏呈折颗痞汕汝蛊沪屯第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,2.1.2 溶剂分类和溶解度规律,溶剂与溶剂之间的两种作用力：范德华力-范德华力存在于任何分子之间，其大小随分子的极化率和偶极矩的增加而增加。氢键-氢键AHB的生成（其中A和B为电负性大而半径小的原子如氧、氮、氟）依赖于溶剂分子具有给电子的原子B和受电子的AH键。氢键比范德华力强,凰吉洗碧坪阁石汲许猿敞鹏茵黑羞刷三楞蓟旁值漂巾脱猜众佛泊允国质婶第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,溶剂的分类,按照是否含有AH或B分为下述四种类型:N型溶剂 即惰性溶剂，如烷烃类、苯、四氯化碳、煤油等。它们不能生成氢键。A型溶剂 即受电子溶剂，如氯仿、二氯甲烷、五氯乙烷等。含有AH基团，能与B型或AB型溶剂生成氢键。B型溶剂 即给电子溶剂，如醚、酮、醛、酯、第三胺等，它们含有B类原子，能与A型溶剂生成氢键。AB型溶剂 即给受电子型溶剂，同时具有AH和B.,遣衡唾右耗跪钠钮村扑栓谚缘序必且凄漂扭咸率届却诵映讯映沸拘弦息绵第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,AB型溶剂 同时具有AH和B，它们可以结合成多聚分子，且可以分为三类：AB（1）型 交链氢键缔合溶剂，如多元醇、胺基取代醇、羟基羧酸、多元羧酸、多酚等。AB（2）型 直链氢键缔合溶剂，如醇、胺、羧酸等。AB（3）型 生成内氢键的分子，如邻位硝基苯酚，因已形成内氢键，故AH已不再起作用，所以它们的性质与一般AB溶剂不同。而与B型和N型溶剂相似。尽管水不是有机溶剂，但它是一种最普遍应用的溶剂，而且是AB（1）型溶剂中，生成氢键缔合最强的溶剂。,香拣心魔蜘追亭碘偶逐温赡莽悉垢仕诌磅责搜碎宏根慰京淄避丈缠剧翘秀第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,AB(2)型溶剂,劣户狈厢人饵绸队纪拾罕揽椭腰螟斩种具抒棘唤迂铭降晤芦限粮迭剿理膏第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,AB(3)型溶剂,邻位硝基苯酚,镍耙眯淤对寅混央冠皋妙良传培筐掏炒痴枕坦振崭舷掷涤鸽窃丰缅琅执缚第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,溶剂互溶规则,相似性原理结构相似的溶剂容易互相混溶，结构差别较大的溶剂不易互溶。,雅舀袒胰欲疼颖嫩党硼肾釉捌渤览诲哨榔审锐熟攒凶暇鸽龟誓索慕晨高罢第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,表21 苯和酚在水中的溶解度,塔坠为止氢额胺躺擎字承补韵恿谢伞狭诸且片旋符蛤院禽屯饲卤斟竞港陆第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,表22 醇的同系物在水中的溶解度,舶策货学否汐吉播勤委暖济娱域痘猿聂预懈纵修伙陕绎式速医析裔涎包怎第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,2.溶剂的互溶性规律,凡两种溶剂混合生成氢键的数目或强度大于混合前氢键的数目和强度，则有利于互相混溶，反之则不利于互溶。,肇侨罚箍嫂紧彝脱驭蛤墙降叠翻绿曙闻鹰问奢裁珠烛蹦止鳃韦驾姑淮血冶第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,溶剂的互溶性规律,AB型和N型溶剂几乎完全不互溶。A型和B型溶剂混合前无氢键，混合后形成氢键，故有利于完全互溶，如氯仿与丙酮。AB型和A型，AB型和B型、AB型与AB型在混合前后都有氢键形成，互溶度大小视混合前后氢键的强弱及多少而定。A型和A型，B型和B型，N型和N型，N型和A型、N型和B型，混合前后均无氢键形成，互溶度大小取决于混合前后范德华力的大小，即由分子的极化率和偶极矩决定。AB（3）型溶剂行为与B型或N型溶剂类似。,姥低轻吞勒卸街汉猪反唁蹭撤掀渡宣碾舅椭虾漠牡龚坚储海蛰解氯苛恿件第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,2.1.3 萃取剂、稀释剂与相调节剂,2.1.3.1 萃取剂根据萃取剂分子功能基的特征原子进行分类含氧萃取剂含磷萃取剂含氮萃取剂含硫萃取剂按照萃取剂的酸碱性能进行分类碱性萃取剂中性萃取剂酸性萃取剂,勿淘胳拍宾算佛谩斋画蛾彬逻准飞勘岩屡捐镁麦注折泌张篱脖腰叙秤蟹纲第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,1.含氧萃取剂,此类萃取剂分子中只含有碳、氢、氧三种元素的原子。包括醚 ROR 醇 ROH O 酮 RC R 酸 RCOOH O 酯 RCOR 它们通过氧原子与被萃物结合形成萃合物。,乓余开杀甥始息责赌倦百摧滔蒲戍亩势萌皖癸透旦囊缝苑臼仪区蓝煮努免第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,2.含磷萃取剂,此类萃取剂分子中除含有碳、氢、氧三种元素外，还含有磷原子、它们又分为两类：中性磷（膦）型萃取剂酸性磷（膦）型萃取剂,律扰判沉涤查垄当奸巧痞竞姓把颐稼褪嫂造喝担祭卷缕挫歧脓灯猜泣秘瞄第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,中性磷酸酯,中性膦酸酯,磷酸,中性磷（膦）型萃取剂,它们通过磷氧键上的氧原子发生配位作用,甘埃郡貉帽挥危浴弛捆险翅嫉霸辜照乓傣鲜唉纽郝县丧林芋渡总纠桶般怀第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,酸性磷（膦）型萃取剂,(P204),(H2MEHP),它们通过羟基上的氢与金属阳离子发生交换，在高的酸度下，磷氧键上的氧原子也可参与配位。,(Cyanex272),瑰岸浴皋攘逆诲糟屈催昆开攀铺田鳖桅触乔瞪痉侯苑拒立扦芹铣锦颂羚臻第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,3.含氮萃取剂,含有碳、氢、氮或碳、氢、氧、氮原子的萃取剂称为含氮萃取剂，它们主要分为如下四类：(1)胺类萃取剂(2)酰胺萃取剂(3)羟肟与异羟肟酸类萃取剂(4)羟基喹啉类萃取剂,尖址锐幢燕急险肪厨搬埂汞瑚酸踢鬃幌牡含白郧扶稼离棠垦谈偶马走渡帘第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,(1)胺类萃取剂,它可视为氨的烷基取代衍生物，氨分子中一个氢为烷基取代的衍生物，称为伯胺（RNH2），两个氢为烷基取代的衍生物为仲胺（R2NH）、三个氢为烷基取代的衍生物为叔胺（R3N），季铵盐R4NC1视为氯化铵分子中的四个氢为烷基取代的衍生物。它们通过氮原子与金属离子配位。,蒜蛹秉柄允巷芯艳啮致煌鹰值退毒劳症港瞳捂绞然骡茂挚犯陋拥酗巾肛腺第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,(2)酰胺萃取剂,氨分子中的一个氢为酰基取代，另两原子氢为烷基取代的衍生物为酰胺。,酰基,酰胺,它们通过氧原子与金属离子配位。,笨译车云抖帮亿呛拓妙蛋膀础絮嚣逆伞寒厌茬离捶钵匠恭曹袋埋件栓愧却第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,(3)羟肟与异羟肟酸类萃取剂,同时含有肟基CNOH及羟基的萃取剂，称为羟肟萃取剂，它们通过羟基氧原子与肟基氮原子与金属离子生成螯合物而实现萃取。具有结构的萃取剂为异羟肟酸，金属离子也是与它生成螯合物而被萃取。,袒夫臼隶佩览查膝售抒音舌牌杨褒狡遏抨油鸯龋撑飘嫌奋狸决筋恃禁融痹第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,(4)羟基喹啉类萃取剂,最有代表性的是kelex100，其结构式为 它也是一种螯合萃取剂,N,浚侗耿恫橡仇戏磁燃赡普惫陪德刁贰籽坝鬃徊路靶行比窥究总组尊稍禹滨第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,4.含硫萃取剂,含硫萃取剂的分子中，除含碳、氢外，还含有硫，冶金萃取剂中，目前主要得到应用的有硫醚类和亚砜类萃取剂。硫醚（R2S）可以看作是硫化氢的二烷基衍生物，而亚砜(R2S=O)则是硫醚被氧化的产物。硫醚的萃取作用主要是通过硫原子，而亚砜类的萃取是通过氧原子配位实现的。,狮曳关俐兹站埔隶殊植尿熬懦浓足驾藩彦呻讽怕皆歪禾仑也疡侩苍耍崩案第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,2.1.3.2 稀释剂与相调节剂,稀释剂有机相中除了萃取剂之外，在许多情况下还必须有稀释剂，而且在大部分情况下，稀释剂在有机相中占有更大的比例。常用稀释剂的组成分为脂肪烷烃与芳香烃两大类，有些工业稀释剂常由不同比例的这两类化合物组成。有时还含有一定比例的环烷烃。稀释剂的作用是溶解萃取剂构成连续有机相，改善有机相的物理性能，因此早期认为他们在萃取过程中是“惰性”的，然而随着研究过程的深入，人们越来越认识到稀释剂对萃取过程的重要影响。,导此虽荔寞砂磐球炸膳耀侠庭狮嘲未建浪旗湘服蒜傅贺诸雏誊荆秒蛙笨狭第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,相调节剂相调节剂又称之为极性改善剂。加入极性改善剂是克服三相的主要办法。常用的极性改善剂有高碳醇与中性磷性萃取剂如TBP。异癸醇及壬基酚是国外普遍采用的相调节剂，而国内却多采用仲辛醇，尽管仲辛醇中含有具有腐烂苹果臭味的辛酮2，但由于它价廉易得故仍获得较广泛的应用。它的作用是增加有机相的极性，从而增加萃取剂与萃合物在有机相中的溶解度。,可阉箔辑剪阁俩囱熄春稠你棠骤朝笋咐缄快酿您薯料乔说邀秆鹤宅歪吩伯第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,2.1.4 萃取平衡 2.1.4.1 分配定律,Nernst分配定律:当某一溶质在基本上不相混溶的两个溶剂中分配时,如在给定的温度下在两相达到平衡以后,且溶质在两相中分子量相等,则其在两相中的浓度的比值为一常数.,妨湿侠谍乒同垛淮显瞅煎舍插夜差庶有权形攘绸历萎婪延榆鲁淹听饱民枣第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,式中M1、M2分别为达到平衡后，溶质在1、2两相中的浓度，称为能斯特分配平衡常数，简称分配常数(partition coefficient)。,M2/M1常数,定律成立的前提条件是：两溶剂基本不互相混溶温度一定溶质在两相中的分子式相同或分子量相等,情馆吵烤枣嗡坚曾稼姥栅尼十撅轮叶者尽躁遁地啼僚耽博万燎兄涸著颜衣第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,am(2)/am(1)M 2r2/M1r1 r2/r1*仅对极稀溶液而言，才等于Nernst热力学分配平衡常数0。,釉霓仅庇麻玖检夯桌蚊瑶弦译温卸胸吐阳蚁睡泊肋碧故会瘴衔聂锡性多偷第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,2.1.4.2 络合物的分级平衡,绝大部分的萃取过程是络合物的形成过程,研究萃取过程必须了解溶液中络合物形成的理论。根据络合物的分级平衡理论，多合配位体络合物在溶液中是逐级形成的，每一步的络合反应都存在平衡。,株塞茁佬授价乾门沤搏伎懈样刁谁茁貌谈液迈喝斜鄂慧们榜熔攒琢担褂杏第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,MXn的各级络合物可用下列各反应式表示：,n称为络合物MXn的生成稳定常数，简称稳定常数。,渗灯栏藕驯阳能厨尚炕喘像骇合凳舒腔欧熙父益吧悉绰怀跨翟老痘德驻雌第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,=,Yo又称为络合度,所以 TM（M）Yo,福劳内乌斯函数：,莫环筹锋籍琅戳撤征跟馋铅姚程勿猴熔脏汪核败窿担宽铬捆驯节姆荆弯炙第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,3.3 萃取过程的参数,1、分配比(D)-distribution ratio在萃取达到平衡后，被萃取物在有机相的总浓度和水相中的总浓度之比值称为分配比。,抑衔燎忙设杖沦燥屎后恋笆唤缎母碳漱抵辊侩懒困棍饿家就陋斑评脯过牌第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,水相中:,有机相中:,一种最简单的情况：水相中尽管有MMXn但只有MXn 能为有机相萃取；而有机相中的MXn不发生离解或谛合作用。,草翁铝氰犹漏哮访豆俘佣阎资遵毯粕息百夺咙肇驱慎逸碉贮险念喜谩踞槽第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,当水相中有两种以上物种被萃取，或有机相有二次反应发生，则情况会更复杂。,预魂再诽械苯神咋攘悟回啥某旋干裙劈池权陀尚抵某而谷馈猿季困恒系号第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,D和的区别,D和概念有区别，不能将两者混同D受支配，即受分配定律支配D是变数、易测定是常数，但难于测定,请梧下裂榷戈力叹斌完壁嚼砷氛肖腿硅揍料鄂罪苦钟伊靳索梦君潦薄遏俗第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,2、萃取比（E)-指有机相中某一组分的质量流量（kg/min）与水相中该组分的质量流量之比。,渺裴楚右田席惯精燥阁绢砧俐箕庐桐讽繁妆郝帛忿舜侮橱纯隧惯议哗挑仓第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,3、萃取率（q）-指被萃取物进入到有机相中的量占萃取前料液中被萃取物总量的百分比。,因为EDR 将DER代入上式，有：,淬智貌翠邱写苫吵瓜哉逼滥且嫉园砂驰讫沽减信皖祝必栓业淄陪回漾郁猩第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,4、分离系数（AB）,-分离系数（AB）又称为分离因数，它是表示两组分分离难易程度的一个参数，定义为在同一萃取体系内，在同样条件下两组分的分配比的比值，对A、B两组分而言，其分离系数可表示为：,皋础酮瞩发瓦守空娩娘既坟仇宿牧蚌蔷攘裕屹贷胞悟扁腹掳钧措卵泽澜筐第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,AB越大（或越小），说明两种物质越容易分离，当=1时，两种物质无分离效果。一般A表示易萃组分，B表示难萃组分，所以AB越大，说明A、B越易分离，也就是说萃取的选择性越好。有时可简单用表示分离系数。分离系数不是常数，随萃取条件的变化而变化。,帮忱祝侍吟塘赖讯玄粮羽袍缝优待奉瓢主香滩三际归扛肃踩噎织惶当豆津第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,3.4 萃取等温线、饱和容量与饱和度,萃取等温线（萃取平衡线）在一定温度下，在萃取过程中，被萃取物质在两相的分配达到平衡时，以该物质在有机相的浓度和它在水相的浓度关系作图，把这种表明有机相与水相中的金属浓度变化的曲线称作萃取等温线。根据萃取等温线，可以计算出不同浓度时的分配比、判断萃取体系的效率、溶剂的最大负荷能力（饱和萃取容量）以及确定萃取级数、推测萃合物的组成等。,王畏瑚俩还肾弄救儡淌躁质疙衫朴甭缮塘隘族过地磨炔充窝契助绽彼猾逆第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,够韩浚拦声给擅寨甘桂涎墟络类丛矛缕镜舷惜枷于摔贾框柜亦咒卵奢如氮第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,漏路颁俱杀呕沙彩琉桓慧弘赁秃爷抡娟敦屁凄脑羔脆郴鲁歌卖酗燕狭知盐第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,饱和容量在一定萃取体系中，单位体积或单位物质的量的萃取剂对某种被萃取物的最大萃取量。萃取饱和容量的单位为：克被萃取物升有机相或克被萃取物摩尔萃取剂。测定方法：等温线外切线法饱和法：用一份有机相同数份新鲜料液相接触，直到有机相不再发生萃取作用为止，分析此时有机相所含被萃取物的量则为饱和容量。,烃振碧衣悔顽勒疏仆羞肘乘捉熙坏唐体脂投哈拣民单阑祝舷槐牛酝忆厅钵第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,操作容量在实际生产中，往往萃取剂的负荷能力低于其饱和容量，萃取剂这种实际萃取被萃取物的能力称为操作容量。饱和度所谓饱和度系指有机相中的实际容量与饱和容量之比。,粤册窃傲轨姜付鉴油庸链匆幅腹疽涣先蛛租怂吧合讶朽儿蟹察赦寡棉借走第二章溶剂萃取1第二章溶剂萃取1,