《无机合成》PPT课件.ppt

思考题,什么是分离？什么是离子交换分离方法？,第6章分离与纯化技术,一、分离与纯化技术概述二、离子交换分离方法三、区域熔炼四、液膜分离方法,第一节分离与纯化技术概述,1.1分离的定义1.2分离与纯化方法分类及工作原理,第一节分离与纯化技术概述,1.1分离的定义,将含有m种组分的混合物分成m个彼此分开纯净部分。,将各种各样混合物进行分离和提纯是提高和改善生活水平的一种重要途径。,第一节分离与纯化技术概述,1.1分离的定义,由于发明了冶炼术，把金属从矿石中分离出来，使人类从石器时代进入青铜器时代，开始向文明社会进步。放射性铀的同位素分离成功，迎来了原子能时代，原子能的和平利用使人们生活水平大大提高了一步。将水和空气中微量杂质除去的分离技术，大幅度提高了超大规模集成电器元件的成品合格率，使它得以实现商品化生产。深冷分离技术可从混合气体中分离出纯氧、纯氮和纯氢，获得了接近绝对零度的低温，为科学研究和生产技术提供了极为宽广的发展基础，为火箭提供了具有极大推动力的高能燃料。从水中除去盐和有毒物质的蒸馏、吸附、苹取、膜分离等分离技术，使人们能从取之不尽的大海中提取淡水，从工、农业污水中回收干净水和其他有用的东西。,第一节分离与纯化技术概述,1.2分离与纯化方法分类及工作原理,第一节分离与纯化技术概述,1.2分离与纯化方法分类及工作原理,第一节分离与纯化技术概述,1.2分离与纯化方法分类及工作原理,机械分离过程机械分离过程的分离对象是由两相以上所组成的混合物。其目的只是简单地将各相加以分离。例如过滤、沉降、离心分离、旋风分离和静电除尘等。,第一节分离与纯化技术概述,1.2分离与纯化方法分类及工作原理,传质分离过程传质分离过程用于各种均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生。按所依据的物理化学原理不同，工业上常用的传质分离过程又可分为两大类，即平衡分离过程和速率分离过程。,第一节分离与纯化技术概述,1.2分离与纯化方法分类及工作原理,平衡分离过程该过程是借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。分离媒介可以是能量媒介（ESA）或物质媒介（MSA），有时也可两种同时应用。ESA是指传入或传出系统的热，还有输入或输出的功。MSA可以只与混合物中的一个或几个组分部分互溶或吸附它们。此时，MSA常是某一相中浓度最高的组分。例如吸收过程中的吸收剂，萃取过程中的萃取剂等。,第一节分离与纯化技术概述,1.2分离与纯化方法分类及工作原理,速率分离过程速率分离过程是在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。这类过程所处理的原料和产品通常属于同一相态，仅有组成上的差别。膜分离是利用流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作。膜可以是固态或液态，所处理的流体可以是液体或气体，过程的推动力可以是压力差、浓度差或电位差。,第二节离子交换分离方法,2.1离子交换法的定义2.2离子交换剂及其分类2.3离子交换平衡2.4离子交换法分离提纯示例,第二节离子交换分离方法,2.1离子交换法的定义,利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生的交换作用分离离子的方法。离子交换法既是现代重要的分离提纯方法，也是制备某些化合物的有效方法。,第二节离子交换分离方法,2.2离子交换剂及其分类,凡具有离子交换能力的物质，一般都称为离子交换剂。,离子交换剂的分类,第二节离子交换分离方法,2.2离子交换剂及其分类,最早使用的粘土、泡沸石及人工合成沸石等无机离子交换剂的交换容量小，机械强度差，且对氢离子比较敏感，应用范围存在很大局限性。近期人们研制出磷酸锆、钨酸锆、磷酸锡、锑酸锡，磷钼酸等杂多酸及水合氧化锆、氯氧化锆等具有耐高温、耐辐射、选择性高、交换能力强的新型无机交换剂，为无机离子交换剂开辟了新的应用领域。磷酸锆系列已用于海水提取K+和Cs+，分离Cu2+、Ag+、Au3+三种离子及核燃料中提纯铀和钚。,无机离子交换剂,第二节离子交换分离方法,2.2离子交换剂及其分类,交换容量：每克干树脂能够交换离子的毫摩尔数称交换容量。交联度：离子交换树脂的母体是具有立体网状结构的高聚物，在制备交换树脂的过程中加入交联剂，骨架中交联剂的原料在树脂总重量中所占的百分数，称为树脂的交联度。,离子交换树脂的性质,第二节离子交换分离方法,2.3离子交换平衡,离子交换反应与液固反应历程类似离子交换反应最后达到平衡时：BR+A=AR+B（略去电荷）平衡常数,第二节离子交换分离方法,2.3离子交换平衡,实际应用中采用分配系数D表示交换反应达到平衡后，某离子在离子交换剂上浓度与在水相中浓度之比：,分配系数D,在同一溶液中，不同离子对离子交换剂上的离子的交换能力不同，分配系数也不同，利用这种差异就可以将不同离子分离开。,第二节离子交换分离方法,2.3离子交换平衡,分离因素用以表示两种离子通过离子交换剂后分离的程度：,分离因素,分离因素的大小可以表征离子交换剂对不同离子的分离效果，DA和DB相差越大，分离效果越好。,第二节离子交换分离方法,2.4离子交换法分离提纯示例,1加料漏斗2交换柱3溶液导出管4接受瓶5玻璃棉,当硼酸溶液流过交换柱时，溶液中Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、Na+和NH4+等离子被强酸性阳离子交换树脂交换；SO42-、NO3-、Cl-等被强碱性阴离子交换树脂交换。,硼酸的提纯,第二节离子交换分离方法,2.4离子交换法分离提纯示例,我国某厂在制备高纯CsCl过程中为去除CsCl中的碱金属等杂质，曾将含杂质的CsCl溶液吸附在强酸性阳离子交换柱上，然后用4mo/L高纯HCl淋洗。这样，水合半径比Cs+小的碱金属离子首先被淋洗下来，而Cs+则被最后淋洗，从而依Na+、K+、Rb+、Cs+的顺序淋出，可制得高纯的CsCl。,制备高纯CsCl,第二节离子交换分离方法,2.4离子交换法分离提纯示例,为了从MoO3和WO3中除去痕量金属杂质，可把它们分别转变成钼酸铵或钨酸铵溶液，并在pH=9时，用螫合型交换剂（亚氨基二醋酸树脂IDE-Cnelonite或wofatlteYZO）处理此溶液，所有痕量重金属阳离子杂质都可被除去。此时，树脂羟羧基与杂质重金属离子生成离子键，亚氨基与之生成配位键。经交换净化后得到的钼酸铵或钨酸铵分别在80500煅烧可得纯的MO3或WO3。,金属氧化物的提纯,第二节离子交换分离方法,2.4离子交换法分离提纯示例,将粗制的硒溶解在计算量的纯HNO3中，滤液用去离子水稀释并调至pH=5.5，然后通过聚烃基亚胺WofatltL150（OH型）柱，再用NH3H