溶剂萃取分离法
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§3-6 胺类萃取剂一、胺类萃取剂和萃取机理Smith 和Page 首先报道了长碳链脂肪胺能萃取酸的性质,并首先发现其萃取行为与阴离子交换树脂极为相似,因此有液体阴离子交换剂之称。
胺类萃取剂具有达到萃取平衡所需时间短,又具备阴离子交换分离选择性等优点。
与磷类萃取剂相比。
它的萃取容量高,耗损少,选择性较好。
因此在分析化学和放射化学中,他们常用于分离、提纯、富集各种金属离子。
但胺类萃取剂的缺点是,他们的胺盐在有机相中易于聚合,形成三相和乳化,使相分离困难。
此外,他们萃取金属离子的机理比较复杂,以致对其规律性不易掌握。
胺类萃取剂是指氨分子中三个氢原子部分或全部被烷基所取代,分别得到伯胺、仲胺、叔胺和季铵盐,其结构如下:N HH R N H R'R N R R''R'N R R''R'R'''A -伯胺仲胺叔胺季胺盐此处R 、R'、R''和R'''代表不同的或相同的烷基,A -代表无机酸根,如Cl -、NO 3-、SO 42-等。
按烷基的化学结构又可区分为直链胺、支链胺和芳香胺。
低碳链胺易溶于水,不适宜用作萃取剂,随着烷基取代物的增加和碳链的增长,他们在水中的溶解度减小。
通常作为萃取剂的是含有8-12个碳原子的高分子量的胺,他们难溶于水,易溶于有机溶剂。
伯、仲、叔胺的分子中都具有孤对电子的氮原子,能和无机酸的H +离子形成稳定的配位键而生成相应的胺盐。
这些胺盐和季胺盐中的阴离子与水溶液中的金属络阴离子发生交换,使被萃取物进入有机相,因此这种萃取机理主要是通过阴离子交换反应,下面以叔胺为例,进一步讨论胺类萃取剂对金属离子的萃取机理。
1.对酸的萃取萃取酸是胺类萃取剂的基本特性,其反应式为:R 3N 有+H ++A -R 3NH +. A -有R 3NH +.A -是一种极性离子对,在有机相中具有高的离子缔合常数。
10 溶剂萃取法在液体混合物溶液中加入某种溶剂,使溶液中的组分得到全部或部分分离的过程称为萃取。
溶剂萃取法是从稀溶液中提取物质的一种有效方法。
广泛地应用于冶金和化工行业中。
在黄金行业中,用溶剂萃取法提取纯金、银已有许多研究[1~3],在国外,其成熟技术已经工业应用多年。
用萃取法从含氰废水中提取铜、锌的研究也多有报导[5~6]。
在我国,直到1997年才由清华大学和山东省莱州黄金冶炼厂合作完成了萃取法从氰化贫液中分离铜的工业试验,取得了较好的效果。
9.1 溶剂萃取法的基本原理溶剂萃取法也称液—液萃取法,简称萃取法。
萃取法由有机相和水相相互混合,水相中要分离出的物质进入有机相后,再靠两相质量密度不同将两相分开。
有机相一般由三种物质组成,即萃取剂、稀释剂、溶剂。
有时还要在萃取剂中加入一些调节剂,以使萃取剂的性能更好。
从氰化物溶液中萃取有色金属氰络物一般用高分子有机胺类,如氯化三烷基甲胺(N 263)、稀释剂为高碳醇、溶剂是磺化煤油。
水相即是要处理的废水。
与吸收操作相似,萃取法以相际平衡为过程极限。
这与离子交换法和液膜法也是相近的。
但离子交换法使用固体离子交换树脂做吸收物质;而液膜法使用的是油包水(碱溶液用于吸收氰化氢)组成的吸收物质。
萃取法所用的吸收剂均由有机物组成,其质量密度一定要与水溶液或称萃取原料液有相当大的差别,以使两相靠重力就能较容易地分离开,有机相还要有较高的沸点,以保证有机物在使用过程中不至于损失太大。
萃取过程是一个传质过程,溶质从水相传递到有机相中,直到平衡。
因此要求萃取设备能充分地使水相中的物质在较短时间内扩散到有机相中,而且要求有机相的粘度不要过大,以免被吸收物质在有机相内产生较大浓度梯度而阻碍吸收进程。
萃取过程得到的富集了水相中某种物质或几种物质的有机相叫萃取相。
经过萃取分离出某种物质或几种物质的水相叫萃余液。
通过反萃将萃取相的被萃取物分离出去才能使有机相循环使用。
对于含铜氰络离子的萃取相,可用烧碱溶液将铜络离子从萃取相中反萃出来,得到含铜氰络合物浓度极高的溶液。
第三章溶剂萃取分离法萃取通常是指原先溶于水相的某种或几种物质,与有机相接触后,通过物理或化学过程,部分地或几乎全部地转入有机相的过程。
就广义而言,萃取可分为液相到液相、固相到液相、气相到液相等三种过程。
通常所说的“萃取”指的是液液萃取过程,即溶剂萃取过程。
溶剂萃取(solvent extraction)在有机化学中很早就用作为一种基本的分离手段,无机物质的萃取开始于十九世纪初,1842年Peligot首先报道了用乙醚从沥青铀矿中提取和纯化硝酸铀酰。
1892年Rothe和Hanroit又成功地使用乙醚从浓盐酸中萃取出了三氯化铁。
1891年Nernst提出了著名的Nernst分配定律。
20世纪20年代以后,有机螯合剂开始应用于金属离子的溶剂萃取中,使各种金属离子的溶剂萃取有较为迅速地发展。
50年代初,随着原子能科学技术的发展,进一步推动了溶剂萃取的蓬勃发展,寻找各种选择性高的新萃取剂更引起人们的浓厚兴趣。
目前萃取剂的种类十分繁多,而且已对周期表中94个元素的萃取性能进行过研究。
本章所讨论的溶剂萃取分离法即是利用溶剂萃取的原理,在被分离物质的水溶液中,加入与水互不混溶的有机溶剂,借助于萃取剂的作用,使一种或几种组分进入有机相,而另一些组分仍留在水相,从而达到分离的目的。
该分离方法已在无机化学、分析化学、放射化学、湿法冶金以及化工制备等诸多领域得到了广泛地应用,主要是由于,溶剂萃取分离法既可以用于大量元素分离,也适合于微量元素的分离和富集,而且还具有所用的仪器设备简单、操作简便快速、回收率高、选择性好等优点,如果被萃取物质是有色化合物,还可以将溶剂萃取与分光光度法结合起来,在有机相中直接进行光度测定,这样可大大地提高方法的灵敏度和选择性。
当然,该分离法也有一些不足之处,如使用的萃取剂价格大多较昂贵,作为稀释剂用的有机试剂易挥发并有一定的毒性,但是随着科学技术的发展,这些缺点会逐步得到改善的。
§3-1溶剂萃取分离法的一些特征参数在萃取过程中,通常是利用以下几个特征参数来衡量某一溶剂萃取体系的优劣以及组分分离富集的效果。
试述溶剂萃取法操作步骤溶剂萃取法是一种常用的分离和纯化技术,广泛应用于化学、生物、环境等领域。
该方法通过选择合适的溶剂将目标物质从混合物中分离出来,实现纯化和分离的目的。
下面将详细介绍溶剂萃取法的操作步骤。
第一步:准备工作在进行溶剂萃取实验之前,首先需要准备好所需的试剂和仪器设备。
试剂包括溶剂、混合物样品和可能需要的辅助试剂。
仪器设备包括溶剂萃取装置、移液器、离心机等。
第二步:选择溶剂选择合适的溶剂是溶剂萃取法的关键步骤之一。
溶剂应具有适当的溶解性和选择性,能够将目标物质从混合物中分离出来。
选择溶剂时需要考虑其极性、挥发性、毒性等因素。
第三步:样品处理将混合物样品加入溶剂中,通过搅拌或超声处理等方法使目标物质溶解在溶剂中。
样品处理的时间和温度应根据实际情况进行调整,以达到最佳的提取效果。
第四步:萃取将样品溶液倒入溶剂萃取装置中,根据需要选择适当的萃取方式,如液液萃取、固相萃取等。
液液萃取是最常用的方法,通过两相溶液的不相溶性实现目标物质的分离。
固相萃取则利用吸附材料吸附目标物质,然后再进行洗脱。
第五步:分离将已经进行过萃取的溶液分为有机相和水相两部分。
有机相中含有目标物质,而水相中含有其他杂质和溶剂。
通过离心等方法将两相分离。
第六步:洗涤将得到的有机相进行洗涤,以去除其中的杂质和溶剂。
洗涤可以使用适当的溶剂进行,通过多次反复洗涤可以提高纯度。
第七步:浓缩将洗涤后的有机相进行浓缩,减少溶剂的体积并提高目标物质的浓度。
浓缩可以使用蒸发、氮吹等方法进行。
第八步:结晶或干燥根据目标物质的性质,可以选择进行结晶或干燥。
如果目标物质具有结晶性质,可以通过降低温度使其结晶出来。
如果目标物质不易结晶,可以使用干燥剂将其干燥。
第九步:纯化将得到的目标物质进行纯化,去除可能存在的杂质。
纯化可以通过重结晶、色谱等方法进行,以得到高纯度的目标物质。
第十步:分析和检测对纯化后的目标物质进行分析和检测,确定其纯度和结构。
常用的分析方法包括质谱、核磁共振等。