第1章绪论和第2章沉淀分离2007.ppt

现代分离技术ModernSeparationTechnology,授课对象：应用化学专业授课学时：32学时（2.0学分）使用教材:现代分离技术(姚秉华编著),（1）分离科学与技术,胡之德编,四川科技出版社（2）分析化学中的溶剂萃取,胡之德、关祖京编著，四川科技出版社（3）溶媒抽出化学，田中元治著（4）超临界流体萃取，张镜澄主编，化学工业出版社（5）反渗透膜技术水化学和工业应用，殷琦译，化学工业出版社（6）吸附分离技术，冯孝庭主编，化学工业出版社（7）膜分离技术，刘茉娥等编，化学工业出版社,主要参考书,（1）认真听讲，做好笔记；（2）搞清原理，掌握方法，明确应用；（3）按时、独立完成作业；（4）积极查阅相关文献资料，善于总结；（5）结合每一章内容，可以撰写一篇小论文；,教学基本要求,综合成绩：平时成绩占20%；期末考试占80%,第1章绪论Introduction,目的及要求：（1）了解化工过程中分离的目的、意义以及分类；（2）熟悉分离和富集过程中的基本概念和常用的术语；（3）明确分离和富集过程中应注意的若干问题。,重点和难点：重点：分离和富集原理，回收率、分离因数的计算难点：分离原理的理解、分子性质对分离因子的影响,1.1概述,自然界的许多物质,不论无机物还是有机物,大多以混合物状态存在，需要分离或提纯，才能合理利用。*古代的酿造酒、卤水制盐等；*近代煤的综合利用、石油的利用和加工；*湿法冶金、生物化工、天然资源综合利用；*环境保护、三废处理等,（1）一般分离过程,（2）分离的重要性,任何一个石油化工、医药化工、生物化工等都离不开分离过程，例如：有机合成产物、中间产物的分离（甲醇、酒精生产等）；汽油、柴油、煤油、润滑油等的分离；抗菌素的纯化和病毒的分离；冶金中的浮选和机械分离；半导体工业中鍺、镓、硅的提纯分离；超纯水、惰性气体、N2、O2等分离；植物有效成分的分离提取，特别中草药；环境保护、天然资源的有效利用等。,*按当前年消耗量，煤可维持二三百年；包括核能铀在内的其它能源，只有60年左右的用量，迫使人们开发新能源与提高利用率，如贫矿铀的富集新技术、氢能源、燃料电池的应用、风能和水能的利用等都需要高效而经济的分离技术。,（3）分离方法分类,特点：相间有物质传递,反应分离：可逆反应（如离子交换、反应萃取）：不可逆反应（反应吸收、反应结晶）；分解反应（生物分解、电化学反应、光化学反应）等。,（4）分离方法的发展,主要介绍新型分离技术的进展。,新型分离技术大致可分为三大类：第一类：对传统分离过程或方法加以变革后的分离技术：如基于萃取的超临界流体萃取(supercritial-fluidextraction)、液膜萃取(liquidmembraneextraction)以及基于吸附的色谱分离、分子蒸馏（moleculardistillation）又称短程蒸馏。,第二类：基于材料科学发展形成的分离技术：如反渗透（reverseosmosis)、超滤（ultrafiltration)、气体渗透、渗透汽化（pervaporation）等膜分离技术。,第三类：膜与传统分离相结合形成的分离技术（耦合与集成技术）：如膜吸收（membrane-basedabsorption）、膜萃取（membrane-basedextraction）、亲和超滤（affinityultrafiltration)、膜反应器（membranereaction）等。,（5）分离方法的选择,分离方法多种多样，对于一般混合物的分离，取决于特定的环境和条件，选用哪一种方法比较合适，很难归纳出统一的模式。但是，随着分离技术的发展和不断完善，仍有一些规律可供选用分离方法时参考。,选择的基本依据混合物的宏观和微观性质的差异是选择分离方法的主要依据。这些宏观或微观的差别反应分子性质不同。如物理性质、化学性质、力学性质、电磁性质传递特性参数等。,工艺的可行性和设备的可靠性分离方法选定以后，分离设备的能力与可靠性也是一个重要因素。,过程的经济性,耦合与集成将一个多组份混合物分离成几个产品时，多种方法可以采用。大致步骤为：先确定项目的分离目的，其次分析所需的能量及其来源，最后评估生产规模及产物纯度等。在此基础上再来选择分离方法：一般条件下首选反应分离技术，其次为多级分离技术；先处理量大的，尽可能选择自动化程度高简单易行的分离方法。,1.2分析化学中的分离,1.2.1常见分离与富集的概念1、大量与大量、大量与中量、中量与中量之间的分离如，矿石中镍的测定；钢中稀土元素的测定2、大量与痕量之间的分离分离干扰成分，富集痕量组分，如，Cu中痕量锑和铋3、小量与小量（痕量与痕量）先富集分离，后测定,1、回收率(recoveryratio)RA=QA/(QA),1.2.2分离和富集中的若干术语,（QA）原混合物中A的量；QA分离后回收A的量。,对于常量组分：99.9，100对于痕量组分（10-4以下）：95，或85以上,2、分离因数（分离因子，separationfactor）SB/A=RB/RA=QB(QA)/QA(QB)一般情况下，QA(QA)故SB/A=QB/(QB)RB,QB/QA一般在0.010.05左右，因此，在(QB)/(QA)等于或大于105时，则分离因素SB/A至少要在10-610-7范围内。,3、富集因数(concentrationfactor)Ri,说明：（1）QA/QB值的下限，决定于测定中的干扰比值。（2）QA就越小，方法灵敏度越高；（3）QB越大，主成分对欲测痕量成分的干扰越大。,在进行痕量组分的富集时，富集后和富集前，欲富集的痕量成分与主要成分之间的质量比或浓度比叫富集因数,1.2.3分离和富集中应注意的问题,（1）全局观点（2）方法可行性与试剂干扰如，乙醚和丙酮的分离，从二者的凝固点来看，乙醚为-116，丙酮为-95，采用浸取、升华干燥、逐区熔融等达到分离目的。再如，丙烷-丙稀-丙二烯的分离。（3）产品的价格、产品的热敏性（4）精简步骤，安全环保（5）残余量控制,随着科学技术的发展，分离方法越来越多，每种方法都有它的长处和不足。在开发过程中如果需要分离工序，首先应选择合适的方法，使之在技术上先进、经济上合理。,本章结束,第1章思考题：P.61、2、3、4、5、6,第2章沉淀分离PrecipitationSeparation,目的及要求：（1）了解盐效应、同离子效应、络合效应等对微溶盐溶解度的影响；（2）掌握氢氧化物沉淀与溶液pH的关系，搞清两种金属离子用氢氧化物沉淀分离的基本条件；（3）熟悉弱酸微溶盐沉淀与pH的关系。,重点和难点：重点：氢氧化物沉淀、弱酸微溶盐沉淀与pH的关系难点：溶度积规则的应用，微溶盐溶解度区域图的绘制,对于MA型难溶盐,MA=M+A-,2.1盐效应对溶解度的影响,2.2金属氢氧化物沉淀,2.2.1氢氧化物沉淀与pH的关系,Mm+mOH-=M(OH)m(s)Mm+OH-m=Ksp,Fig.2.2MetalionspH0Mm+=0.02mol/L,表2.1某些氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH值（P.10),2.2.2金属离子浓度对数图、羟基络合物及氢氧化物溶解区域图,（1）金属离子浓度对数图,(2)羟基络合物,以Zn(OH)2为例说明溶解度区域图,Zn(OH)2(s)Zn2+2OH-Ksp=7.110-18,2.2.3影响金属氢氧化物沉淀pH值的因素,（1）金属离子浓度：浓度越低，pH值就越高；（2）离子的本性：阳离子电荷越多，半径越小则极化作用越强，沉淀所需pH值较低；（3）同一周期，自左向右，阳离子电荷增加，极化作用增强，与OH-结合逐渐牢固，则阳离子沉淀时的pH值就逐渐降低。例如：Mg2+沉淀时的pH值为10.5，而Al3+则pH=4.2,我国科技工作者，在总结前人的基础上提出了氢氧化物溶解规律性的定量公式：,各项的物理意义？,（4）不同价态金属离子生成氢氧化物或水合氧化物不同。,2.2.4两种金属离子氢氧化物沉淀分离的基本条件,研究Mm+和Nn+的分离：,要是N不沉淀，则N的浓度必须满足下列条件：,2.2.5两性氢氧化物的存在形式与pH值的关系,(1)两性氢氧化物沉淀的最低pH值,(2)两性氢氧化物沉淀重新溶解的最低pH值,2.2.6常用的氢氧化物沉淀剂,（1）NH3H2O沉淀分离,表2.5NH3H2O-NH4Cl条件下金属离子沉淀情况,（2）（CH2)6N4沉淀分离,（3）NaOH沉淀分离,目的：两性金属离子与其他生成氢氧化物沉淀的金属离子分离,2.3弱酸微溶盐沉淀与pH的关系,2.3.11:1型,MA=M+A-,关键,沉淀过程中溶液pH值变化的区间：,2.3.2MnAm型（nm）,沉淀过程中溶液pH值变化的区间：,2.4络合效应对微溶盐溶解度的影响,(1)MA(1:1)型微溶盐,MA=M+A-,2.4.1非构晶离子配位体产生的络合效应,(2)MnAm(nm)型微溶盐,2.4.2过量沉淀剂引起的络合效应,(1)MA(1:1)型微溶盐,可以看出，溶解度是A的函数。利用求极值方法，可获得溶解度最小时，A的浓度Amin,仅考虑一种简单情况，MA2的络合形式，则,(2)MAm(1:m)型微溶盐,同样可以求的溶解度最小时，Amin的求解方程：,参照p.28AgCl沉淀的溶解情况，请考虑：用Cl-沉淀Pb2+时，PbCl2沉淀溶解度的变化情况？,沉淀分离法的应用,1、无机沉淀剂分离法NH3-NH4+、NaOH、碳酸盐、硫化物、草酸盐、氟化物(Th4+、U4+、RE3、碱土金属以及有大量钾、钠离子存在时才能形成沉淀的Al3、Ti4+、Zr4。在沉淀分离上有实际意义的有：ThF4、REF3、Na3AlF6）。,Th4+和RE3离子在14的盐酸溶液中与F离子定量生成ThF4和REF3沉淀。而Nb5、Ta5+、Ti4+、Zr4+、Fe3、Al3等能与F形成可溶性络合物，借此可使Th4、RE3与这些离子分离。,氟化物沉淀法还可以分离铝。在pH4.6时，Al3+与NaF形成氟铝酸钠沉淀，使铝与铁、铬、镍、钒、钼等元素分离，常用于标钢及原材料铝的分析中。,2、有机沉淀剂分离法,优点：（1）具有较好的选择性；（2）易于过滤和洗涤；（3）沉淀吸