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第二章 溶剂萃取1
时间:2023-06-15 06:36 点击次数:173

  1. 两溶剂基本不互相混溶 2. 温度一定 3. 溶质在两相中的分子式相同或分子量相等

  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。

  –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A-H·B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A-H键。

  • 按照是否含有A-H或B分为下述四种类型: 1. 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。 2. A型溶剂 即受电子溶剂,如氯仿、二氯甲烷、 五氯乙烷等。含有A-H基团,能与B型或AB型溶剂 生成氢键。 3. 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。 4. AB型溶剂 即给受电子型溶剂,同时具有A-H和B.

  • 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。

  • 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)。

  • 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。

  §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。

  – 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。

  同时含有肟基C=NOH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。

  • 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。

  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。

   一种最简单的情况: 水相中尽管有M……MXn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。 有机相中:

  – 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。

  1. AB型和N型溶剂几乎完全不互溶。 2. 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。 3. 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。 4. 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。 5. AB(3)型溶剂行为与B型或N型溶剂类似。

  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: 1. 2. 中性磷(膦)型萃取剂 酸性磷(膦)型萃取剂

  – 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

  • 此类萃取剂分子中只含有碳、氢、氧三种 元素的原子。 • 包括醚 R-O-R 醇 R-OH O 酮 R-C -R 酸 RCOOH O 酯 R-C-O-R’ • 它们通过氧原子与被萃物结合形成萃合物。

  - 分离系数(βA/B)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:

  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。

  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。

   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。

  1. D和λ概念有区别,不能将两者混同 2. D受λ支配,即受分配定律支配 3. D是变数、易测定 4. λ是常数,但难于测定

  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。

  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。

  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.

  式中[M]1、[M]2分别为达到平衡后,溶质在1、 2两相中的浓度,λ称为能斯特分配平衡常数, 简称分配常数(partition coefficient)。

  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。

  • 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

  • AB型溶剂 同时具有A-H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A-H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。

  • βA/B越大(或越小),说明两种物质越容易分离, 当β=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βA/B 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β表示分离系数。 • 分离系数β不是常数,随萃取条件的变化而变化。

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