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：应用化学专业课程时： 32课时(2.0单位)教材：现代分离技术(姚秉华编纂)，(1) 分离科学与技术，胡德编辑，四川科学技术出版社(2) 分析化学中的溶剂萃取，胡德，关祖京编着四川科学技术出版社(3) 溶媒抽出化学，田中元治着(4) 超临界流体萃取，张镜澄编辑长，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，冯孝庭编辑长，化学工业出版社(7) 膜分离技术，刘茉娥等编辑长，化学工业出版社，主要参考书， (1)认真听讲，做笔记(2)阐明原理，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)能结合各章内容，撰写小论文，满足教学的基本要求， 综合成绩：平时成绩占20%的期末考试占80%，第1章论证Introduction，目的和要求： (1)理解化工过程中分离出的目的、意义和分类；(2)熟悉分离和富集过程中的基本概念和常用术语；(3)阐明分离和富集过程中应注意的几个问题重点和难点：重点：分离和富集原理，回收率，分离系数的计算难点：理解分离原理，分子性质对分离因子的影响，1.1概括，自然界的许多物质，无机物和有机物多以混合物的形式存在，需要分离和纯化，可合理利用。 *古代酿酒、卤水制盐等*近代煤炭的综合利用、石油的利用和加工*湿式冶金、生物化学工业、天然资源的综合利用*环境保护、三废处理等，(1)一般的分离过程，(2)分离的重要性，石油化学工业、医药化学工业、生物化学工业等不能分离过程，如有机合成物、中间产物的分离(甲醇、酒精生产等) 汽油、柴油、煤油、润滑油等的分离抗生素的精制和病毒的分离冶金中的浮选和机械分离半导体工业中锗、镓、硅的精制分离； 超纯水、惰性气体、N2、O2等分离； 植物有效成分的分离提取，特别是生药环境保护、天然资源的有效利用等。 根据今年的消费量，包括煤能维持二三百年的核铀在内的其他能源，仅用了60年左右的用量，就迫切需要新能源的开发和利用率的提高。 比如贫矿铀丰富的新技术、氢能源、燃料电池的应用、风力和水能源的利用等，都需要高效经济的分离技术。 (3)分离方法的分类、特征：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，主要介绍新的分离技术的进展。 新型分离技术大致可分为三大类：第一类：传统的分离过程和方法经过改进的分离技术：如萃取超临界流体萃取(supercritial-fluidextraction )、液膜萃取(liquidmembraneextraction )和吸附色谱第二类：基于材料科学发展形成的分离技术：反渗透、超滤、气渗透、渗透汽化等膜分离技术。 第三类：膜与传统分离相结合的分离技术(结合与整合技术):如膜吸收、膜提取、亲和层析、膜反应器(5)分离方法的选择、分离方法多种多样，一般混合物的分离取决于特定的环境和条件，选择哪种方法比较合适，难以归纳统一的模式。 但是，随着分离技术的发展和完善，仍有一些规律可供选择分离方法时参考。 选择的基本依据是混合物的宏观性和微观性的不同。这些宏观和微观的差异是分子性质不同的。 例如物理性质、化学性质、力学性质、电磁性质传递特性参数等. 工艺可行性和设备可靠性分离方法选定后，分离设备的能力和可靠性也是重要因素。 过程的经济性结合和整合将一种多成分混合物分离成几种产品时，可采用多种方法。 大致步骤是：首先确定项目的分离目的，其次分析必要的能源及其来源，最后评价生产规模和产品纯度等。 在此基础上，选择分离方法：一般条件下反应分离技术优先，其次多级分离技术优先处理量大时，选择自动化程度尽可能高的简单分离方法。 1.2分析化学中的分离，分析1.2.1常见的分离和富集概念1，大量和大量，大量和中量，中量和中量的分离，如矿石中镍的测定钢中稀土元素的测定2，大量和微量的分离干扰成分，微量成分，如Cu中的微量锑和铋3，少量和少量(微量和微量) 首先浓缩分离，然后测定，1、回收率(recoveryratio)RA=QA/(QA )、1.2.2分离和浓缩的几个术语、(QA)-原混合物中的a的量QA-分离后回收的a的量。 常数成分： 99.9 %100 %为微量成分(10-4%以下):95%以上或85%以上，2、分离系数(分离系数，separation factor ) sb/a=Rb/ra= QB (QA ) / QA (QB ) 一般为QA(QA )，因此sb/a=QB/(QB )ra 由于QA通常为0.010.05左右，因此在(QB)/(QA )为105以上情况下，分离因素SB/A至少在10-610-7的范围内。 (1)QA/QB值的下限由测量中的干扰比确定。 (2)QA越小，方法的灵敏度越高；(3)QB越大，主要成分对待测定的微量成分的干扰越大。 在进行微量成分浓缩的情况下，在浓缩后和浓缩前，将想要浓缩的微量成分与主要成分的质量比或浓度比称为浓缩系数，从1.2.3分离和浓缩应注意的问题、(1)全局观点(2)方法的可行性和试剂干涉、例如醚与丙酮的分离、两者的凝固点来看，醚为-116、丙酮为-95 此外，丙烷-丙烯-丙烯二烯的分离。 (3)随着产品价格、产品热敏性(4)工序的简化、安全环境保护(5)馀量管理、科学技术的发展，分离方法越来越多，各种方法都有优缺点。 在开发过程中需要分离工序时，应首先选择合适的方法，技术先进、经济合理。 本章结束，第1章的思考问题： P.61、2、3、4、5、6、第2章沉淀分离PrecipitationSeparation，目的和要求： (1)理解盐效应、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，把握2种金属离子与氢氧化物重点与难点：重点：氢氧化物沉淀、弱酸微溶盐沉淀与pH的关系难点：溶解度积规律的应用、微溶盐溶解度范围图的绘图、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.2.2 metalion SPH0 mm =0. 02 mol/l，表2.1一部分氢氧化物开始沉淀和沉淀的ph值(P.10 )，2.2.2金属离子浓度对数图，羟基络合物和氢氧化物溶解区图，(1)金属离子浓度对数图，(2)羟基络合物以2为例说明溶解度区域图，Zn (oh )2(s )=Zn22 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值越高，(2)离子的本性：阳离子电荷越多，半径越小，极化作用越强， 沉淀所需的pH值低(3)同一周期，阳离子电荷从左向右增加，极化作用增强，与OH-的结合加固后，阳离子沉淀时的pH值逐渐降低。例如，Mg2沉淀时的pH为10.5，Al3为pH=4.2，我国科学技术人员在总结前人的基础上提出了氢氧化物溶解规律的定量公式：各项物理意义(4)价数不同的金属离子生成氢氧化物和水合氧化物。 研究了2.2.4种金属离子氢氧化物沉淀分离的基本条件，Mm和Nn的分离： n不沉淀，n的浓度必须满足以下条件：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常用氢氧化物沉淀剂(1)NH3H2O沉淀分离，表2.5NH3H2O-NH4Cl条件下的金属离子沉淀时，(2)(CH2)6N4沉淀分离，(3)NaOH沉淀分离，目的：生成两性金属离子和其他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-、重要沉淀过程中溶液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络合效果对微溶盐溶解度的影响、(1)MA(1:1 )型微溶盐、MA=M A-， 利用2.4.1非晶质离子络合物络合效果、(2)MnAm(nm )型微溶盐、2.4.2过剩沉淀剂的络合效果、(1)MA(1:1 )型微溶盐、求出溶解度为的极值的方法，在溶解度最小时，可以得到a的浓度Amin，可以得到简单的考虑MA2的络合形成，(2)MAm(1:m )型微溶解盐，同样可以求出的溶解度最小时，参照Amin的求解方程式：p.28AgCl沉淀的溶解状况，使用cl沉淀Pb2时，考虑PbCl2沉淀溶解度的变化沉淀分离法的应用形成无机沉淀剂分离法NH3-NH4、NaOH、碳酸盐、硫化物、草酸盐、氟化物(仅在大量存在Th4、U4、RE3、碱土类金属及钾、钠离子时沉淀的Al3、Ti4、Zr4) . 沉淀分离具有实际意义的是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。 Nb5、Ta5、Ti4、Zr4、Fe3、Al3等通过与F-形成可溶性络合物，可以使Th4、RE3与这些离子分离. 氟化物沉淀法也可以分离铝。 pH4.6时，Al3和NaF形成氟化铝酸钠沉淀，分离出铝和铁、铬、镍、钒、钼等元素，常用于标准钢和原材料铝的分析。 2、有机沉淀剂分离法，优点： (1)选择性较好；(2)易于过滤和清洗；(3)沉淀吸附杂质少；(4)沉淀溶解度一般较小，