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
取的典型实例。萃取时如果各成分在两相溶剂 中分配系数相差越大,则分离效率越高。 在萃取时,若在水溶液中加入一定量的电 解质(如氯化钠),利用“盐析效应”以降低
有机物和萃取溶剂在水溶液中的溶解度,常可
提高萃取效果。
第三 章
溶剂萃取分离法
萃取又称溶剂萃取或液液萃取(以区 别于固液萃取,即浸取),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,实现组分分离的传质分离过程, 是一 种广泛应用的单元操作。利用相似相溶原 理,萃取有两种方式:液-液萃取和固-液 萃取 。
液-液萃取
快、不产生乳化或形成第三相、价廉易得等。
分离与富集方法介绍
• 大多数的萃取剂为易溶于有机相的液体,但也有少数萃取 剂是难溶于普通有机相的固体 (8-羟基喹啉),这时,就 需要用另一种有机溶剂来溶解萃取剂。 • 即使萃取剂为液体,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。 • 稀释剂的密度与水的密度要有较大差异,以利于分层。但 也不能相差太大,否则会造成混合不均匀。稀释剂的密度 一般应介于正戊烷(密度为0.63g/cm3)和CCl4(1.59 g/cm3) 之间。
分离与富集方法介绍
2.分配系数和分配比
(1)分配定律和分配系数 (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)分配定律和分配系数
分配定律是萃取方法理论的主要依据,物质对 不同的溶剂有着不同的溶解度。同时,可溶性的物 质在两种互不相溶的溶剂中,它能分别溶解于两种 溶剂中,实验证明,在一定温度下,该化合物与此 两种溶剂不发生分解、电解、缔合和溶剂化等作用 时,此化合物在两液层中存在形式相同,则在两相 中之比是一个定值。不论所加物质的量是多少,都 是如此。属于物理变化。用公式表示。 CA/CB=K • CA.CB分别表示一种化合物在两种互不相溶地 溶剂中的量浓度。K是一个常数,称为“分配系数”
90mL的CCl4分三次萃取,每次30mL m3 = mo [Vw /(D Vo + Vw)]3 =10[100/(8530+100)]3 =0.54g E = [(10-5.4 10-4)/10] 100% = 99.995% 结论:同量的萃取溶剂,分几次萃取的效率比一次萃取的 效率高 分离与富集方法介绍
因此,经n次提取后:
Wn V Wn-1 - Wn S =K Wn-1KV KV n Wn = W0 ( ) KV + S KV + S
分离与富集方法介绍
当用一定量溶剂时,希望在水中的剩余 量越少越好。而上式KV/(KV+S)总是小于1, 所以n越大,wn就越小。也就是说把溶剂分 成数次作多次萃取比用全部量的溶剂作一次 萃取为好。 但应该注意,上面的公式适用于几乎和 水不相溶地溶剂,例如苯,四氯化碳等。而 与水有少量互溶地溶剂乙醚等,上面公式只 是近似的。但还是可以定性地指出预期的结 果。
分离与富集方法介绍
萃取操作的简单过程
• 溶质在互不相溶的两相中分配
分离与富集方法介绍
例如:萃取与反萃取——Ni2+的萃取
(1)萃取过程: Ni2+由亲水性转化为疏水性的将开 始Ni2+在水中以水合离子Ni(H2O)6 2+ 形式存在, 是亲水的。在pH 8-9的氨性溶液中,加入丁二酮 肟,与Ni2+形成螯合物,是疏水性,可被氯仿萃 取。 (2)反萃取过程: Ni2+由疏水性的螯合物转化为亲 水性 将有机相的物质再转入水相,称为反萃取。 向丁二酮肟镍螯合物的氯仿萃取液中加入盐酸, 酸的浓度达到0.5—1mol/L时,螯合物被破坏, Ni2+又恢复了亲水性,重新回到水相。
分离与富集方法介绍
萃取的沿革
1842年 E.-M.佩利若研究了用乙醚从硝酸溶液中 萃取硝酸铀酰。
1903年L.埃迪兰努用液态二氧化硫从煤油中萃取 芳烃,这是萃取的第一次工业应用。 20世纪40年代后期,生产核燃料的需要促进了萃 取的研究开发。 现今萃取已应用于石油馏分的分离和精制,铀、 钍、钚的提取和纯化,有色金属、稀有金属、 贵重金属的提取和分离,抗菌素、有机酸、生 物碱的提取,以及废水处理等。
经一次萃取,原溶液中该化合物的浓度为w1/V ; 而萃取溶剂中该化合物的浓度为(w0-w1)/S;两者之 比等于K,即:
W1 V W0 - W1 S =K W0 KV W1 = KV + S
同理,经二次萃取后,则有
W2 V W1 - W2 S =K W0KV KV W1KV KV + S KV 2 W2 = W0 ( ) KV + S KV S KV + S
分离与富集方法介绍
例:用四氯化碳萃取碘水中的碘
用CCl4萃取I2,I2在两相中以分子的形式存在,存在形 式相同。
分离与富集方法介绍
(2)分配比
• 分配比的含义:将溶质在有机相中的各种存在形式的 总浓度cO和在水相中的各种存在形式的总浓度cW之比,用D 表示:
cO D = ——— cW
பைடு நூலகம்
对符合分配定律的体系
• 实验室常用的稀释剂有6~12个碳的正构烷烃、氯仿、四氯 化碳、苯、甲苯和二甲苯。
当用等体积溶剂进行萃取时,即Vw=VO ,则:
D E = —————— 100% D + 1 若D=1,则萃取一次的萃取百分率为50%; 若要求萃取百分率大于90%,则D必须大于9。 当D不高时,一次萃取百分率较低,此时可采用多次连续 萃取的方法来提高萃取率。
分离与富集方法介绍
多次连续萃取的方法:
分离与富集方法介绍
重复萃取
重复萃取可将化合物从溶液中完全萃 取出来,利用分配定律的关系,可以算 出经过萃取后化合物的剩余量。 设:V为原溶液的体积 w0为萃取前化合物的总量 w1为萃取一次后化合物的剩余量 w2为萃取二次后化合物的剩余量 wn为萃取n次后化合物的剩余量 S为萃取溶液的体积
分离与富集方法介绍
三、萃取体系的类型及萃取条件
1. 螯合物萃取体系 2. 离子缔合物萃取体系 3. 溶剂化合物萃取体系 4. 简单分子萃取体系和萃取条件的选择
分离与富集方法介绍
1、主要萃取体系及其应用
• 通常的萃取包括三个基本步骤:
• 1.水相中的被萃取溶质与加入的萃取剂生成可萃 取化合物(也称为萃合物,通常是配合物) • 2.在两相界面萃合物因疏水分配作用进入有机相 • 3.萃合物在有机相中发生化学反应(聚合、解离、 与其它组分反应等)溶质最终在两相中达到平 衡。
分离与富集方法介绍
常见萃取剂:水, 苯 ,四氯化碳,汽油, 乙醚
要求:萃取剂和原溶剂互不混溶 萃取剂和溶质互不发生反应 溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂 中的溶解度 相关规律:有机溶剂溶易于有机溶剂,极性溶剂 溶易于极性溶剂,反之亦然 特点 设备简单,分离效果好,应用广泛 费时,有机溶剂沸点低、易燃易挥发、部分 溶剂有一定的毒性污染环境
液-液萃取,用选定的溶剂分离液体混 合物中某种组分,溶剂必须与被萃取的混 合物液体不相溶,具有选择性的溶解能力, 而且必须有好的热稳定性和化学稳定性, 并有小的毒性和腐蚀性。如用苯分离煤焦 油中的酚;用有机溶剂分离石油馏分中的 烯烃; 用CCl4萃取水中的Br2.
分离与富集方法介绍
固-液萃取
固-液萃取,也叫浸取,用溶剂分离 固体混合物中的组分,如用水浸取甜菜中 的糖类;用酒精浸取黄豆中的豆油以提高 油产量;用水从中药中浸取有效成分以制 取流浸膏叫“渗沥”或“浸沥”。
• 设Vw 溶液内含有被萃取物为mO ,用VO 溶剂萃取一次, 水相中剩余被萃取物m1 (g),则进入有机相的质量是(mO m1)(g).则水相中剩余被萃取物为: cO (mO - m1)/ VO D = ——— = ———————————— cW m1 / VW VW m1 = mO ———————— D VO + VW • 若用VO 溶剂萃取n次,水相中剩余被萃取物为 mn (g),则: mn = mO [ VW /(D VO + VW)]n 同量萃取剂,萃取次数对萃取百分率的影响