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溶剂萃取的基本概念

2022-01-03 02:04

  溶剂萃取的基本概念 1、萃取和反萃取 萃取是指某些金属离子从水溶液中转移到不与水相混溶的有机 溶剂中的过程,这个过程就叫萃取过程。 反萃取是指把萃取到有机溶剂中的物质转移到水溶液中的过程, 它是萃取的逆过程。 用来萃取的有机溶剂叫萃取剂,用来反萃取的水溶值叫反萃剂。 大部分金属盐类一般都易溶于水而难溶于有机溶剂。 要使金属离 子转移到有机溶剂中去, 必须选择一种合适的萃取剂将围绕在金属离 子周围的水分子全都或部分除去, 而生成一种不带电荷的非极性或弱 极性的化合物,才能够易溶于有机溶剂而难溶于水,这样被萃入有机 相的化合物称为萃合物。 萃取和反萃取,是一个相反的过程,为了使金属离子被萃取到有 机溶剂中必须创造一定的条件, 使金属离子与萃取剂结合生成一种难 溶于水而易溶于有机溶剂的萃合物。条件破坏了,萃取过程就不能进 行。要使被萃物在有机相中能反萃取下来,就必须破坏金属离子的萃 合物,促使萃取向反萃取方面转化,为了达到反萃取的目的通常是利 用改变体系组分的条件(如酸度等) 。 但是必须指出在萃取过程中, 绝对萃取和绝对不萃取是不是存在 的,只是在一定的条件下,有的易被萃取,有的不易被萃取,有的萃 取的多些,有的萃取少些。 为了要达到尽可能的完全分离,提高产品的纯度,往往对萃取后 1 的有机相进行洗涤,因为同样的条件下,被萃取能力强的反萃取程度 小,被萃取能力差的反萃取程度大,所以用控制洗涤的条件,使被萃 入有机相中的少量的杂质(难萃组分)优先被反萃取下来,从而提高 了有机相中被萃物的纯度,所以洗涤过程实质就是杂质的反萃取过 程。 洗涤: 是指洗去萃取后有机相中的难萃取组分而使易萃取组分进 一步富集的过程叫洗涤(或叫萃洗) 。 2、相:有机相与水相、相比、级数 (1)相:凡是一个物质体系的均匀部分,有机界面,可以和其他部 分分开的叫作相。 (2)有机溶剂称之为有机相,可用“O”表示 水溶液称之为水相,可用“A”表示 (3)相比:是在萃取过程中有机相的体积和水相体积之间的比,相 比用“O/A”表示 (4)级数:萃取时水相和有机相接触,达不到平衡时所需要的萃取 次数。 3、萃取平衡和分配定律 (1)萃取平衡 当被萃物从水相到有机相转入水相的速度相等时, 萃取体系在该 条件下便处于平衡状态,如条件改变,原来的平衡被破坏,引起被了 萃物从一相转移到另一相,直至建立新的平衡,达到平衡后,被萃物 在有机相和水相中都有一定是浓度。 2 (2)大量的实践认明 :如果被萃物在互不相溶的两相中具有同样的 结构形态,那么在一定的温度下,尽管在两相中被萃取的总量相应的 在改变,但被萃取物在两相中的比为一定值,物质在有机相和水相之 间的这种分配规律称为分配定律。 分配定律只适用于低浓度及没有任何化学作用的理想溶液的萃 取体系,一句话来说就是:在一定温度下,如果一种物质溶解在两种 不相溶的液体中,成平衡状态,则该物质在两相的浓度之比为常数 [A]有/[A]水=K(分配常数) 由于分配常数只适用于低浓度的, 没有任何化学反应的理想溶液 的萃取体系,但是,实际情况是大多数无机物的萃取过程都伴随着化 学反应,因而在水相中和有机相分子的状态不同,因此,分配定律不 能适用于大多数实际的萃取过程。 4、分配比、萃取率和分离常数 (1)分配比 在萃取的实际过程中,物质在两相中常发生离解和缔合现象,并 在萃取过程中发生化学反应生成缔合物。因此,分配定律不能适用。 但实践可以知道物质 A 在两相中分配达到平衡时的总浓度比值, 这个 比值称为分配比 D=物质 A 在有机相的浓度 /物质 A 在水相中的浓度 ={[A1]0+[A2]0? [Ai]0}/{[A1]a+[A2]a?[Ai]a} 分配比 D 表示萃取体系达到平衡后, 被萃物在两相中实际分配情 3 况。因而有很大的实际意义,在比较简单的体系里,分配的物质只有 一种,并且在两相中分子形态相同,因此,分配比就是分配常数。 但在一般的情况下, 分配比不是一个常数, 他随着被萃物的浓度, 其他物质的存在,溶值的酸度,萃取剂的浓度、稀释剂的性质等条件 不同而改变。 由分配的意义可以看出:只要 D0,物质便可萃取进入有机相, D1 则表示经过萃取,被萃物在有机相的浓度比水相浓度大,即被萃 物可以在有机相中浓集。D 越大表示被萃物在有机相中的浓度愈大, 或在水相中的浓度越低。 所以说,分配比是表示物质可萃性的基本量,它随着物质和条件 不同而改变。 但是,只知道某些物质被萃到有机相的难易程度是不够的,因为 溶剂萃取不仅是要把某些物质萃取到有机相中, 更主要的是要将各种 物质分离开, 为了表示两种物质彼此分离的难易程度通常用分离因数 表示。 (2)分离因数 分离因数β 分离因数是指在一定的条件下进行萃取分离时, 按分离的两种物 质的分配比的比值 β =D1/D2 β 是分离因数 D1 物质 1 的分配比 D2 物质 2 的分配比 (1)当β 等于 1 时 D1=D2,两种物质分配比相同,说明萃取时两种物 4 质的相对量不发生变化,用萃取法不能将它的分离 (2)当β 不等于 1 时,两种物质分配比不同,若 a D1D2 物质 1 在有机相中富集,物质 2 在水相中富集 b D1D2 物质 2 在有机相中富集,物质 1 在水相中富集 在有机相中富集的,我们叫易萃物(或者叫易萃组分) ,在水相 富集的我们叫难萃物(或者叫难萃组分) β 的数值与 1 相差越大,二者就越容易 到分离。 (3)萃取率 所谓萃取率是指在溶剂萃取过程中, 被萃物在有机相中的量占被 萃物总量百分数称为萃取率 E%=[M0/(M0+MA)]*100% 式中:M0-达到平衡后,被萃物在有机相的量 MA-达到平衡后,被萃物在水相的量 也可以写成 E=[C0V0/(C0V0+CAVA)]*100% C0 有机相中的总浓度 V0 有机相体积 由于 D=C0/CA 所以 E=D/(D+VA/V0) 因此 E=D/(D+1/R) 上式表示了萃取率与分配比,相比之间的关系,当相比一定时, E 随着 D 的增大而增大。它还表明在一次萃取后,物质的萃取率和两 5 CA 水相中的总浓度 VA 水相体积 又 V0/VA=R 相体积有关,R 愈小 E 愈小,R 愈大 E 愈大,所以,有时为了提高萃 取率就需要用较大的有机相体积。 5、萃取容量(饱和容量) 一定温度时,被萃物在有机相(一定组成)中的量是有一定限度 的,达到 了这个限度时,虽然水相中的金属离子的浓度继续升高, 但有机物的萃合物浓度却不能再增加, 这时有机相中被萃物质浓度称 为该组分的有机相的萃取容量或饱和容量。 6、萃取体系的组成部分 (1)被萃物:是指先溶于有机相,后来被有机相萃取过去的物质, 萃取分层后的水相称为萃余值。 (2)萃取剂:是指能和萃取物结合生成萃合物溶于有机相的有机化 合物 (3)萃合物:是指萃取剂与被萃物生成能溶于机相的化合物,称为 萃合物、 (4)稀释剂:是指在萃取过程中不发生化学变化的有机溶剂(如煤 油),它的作用是改变萃取剂的物理性能(如比重、粘度)使两相易 于分层,调整萃取剂的萃取能力, (5)反萃剂:是指能够被有机相萃合物的结构,生成易溶于水相的 化合物或生成既不溶于水也不溶于有机的沉淀, 而使被萃物从有机相 中脱离的试剂,有时纯水也要用反萃剂。 萃取比 E: 在萃取体系达到平衡后, 被萃金属在有机相中的总量和水相中总 6 量之比为萃取比 E=被萃物在有机相的总量/被萃物在水相中的总量=VY/LX=R*D 式中 V/L=相比 用 R 表示 Y/X=分配比 用 D 表示 7