分离科学与技术2.ppt

1、第二章 萃取分离法,一、溶剂萃取 二、胶团萃取 三、双水相萃取 四、超临界流体萃取,分离科学与技术,Copyright 2012 Dalian Polytechnic University Song Jianguo,一、萃取平衡 二、萃取过程热力学 三、主要萃取体系及应用 四、影响因素 五、连续萃取,第一节 溶剂萃取,第二章萃取分离法,Copyright 2012 Dalian Polytechnic University Song Jianguo,2.1溶剂萃取,利用物质在互不相溶的两相间分配系数的差异，使目标物质与基体物质相互分离.,溶剂萃取原理,A+B 混合液,S 萃取剂,A+B+S,A

2、+S，B,A+S，B,水相 W,有机相 O,萃余相 R,萃取相 E,?,2.1溶剂萃取,相似相溶,物质的溶解过程,溶质分子与溶剂分子化学结构相似,溶质分子与溶剂分子极性接近程度,电子给予体易溶于电子接受体,质子给予体易溶于质子接受体,物质的溶解规律,溶质A克服同分子间作用独立分子,溶剂B分子间的键断裂空隙可容纳溶质,溶质A与溶剂B分子间形成新的化学键键,2.1溶剂萃取,萃取平衡,在一定温度下，当某一溶质在互不 相溶的两种溶剂中达到分配平衡时， 该溶质在两相中的浓度之比为一常数。,（1）能斯特分配定律,溶质A在有机相中的平衡浓度,溶质A在水相中的平衡浓度,分配平衡常数（分配系数）,浓度,2.1溶

3、剂萃取,KD为常数的条件,定温,热力学分配平衡常数 K 0,低浓,分子形态相同,无离解,无缔合,无配位,无离子聚集,KD 适用于理想溶液体系（纯物理萃取）,活度（）- 物质的有效浓度,活度系数,2.1溶剂萃取,（2）分配比（D）,某种物质在两相中各种形态总浓度之比,注意：分配比不一定是常数，随萃取条件变化而变,分配比通常由实验测得,有机相中各种形态的A物质总浓度,水相中各种形态的A物质总浓度,2.1溶剂萃取,单次萃取,（3）萃取率（E）,在一定条件下，被萃取溶质进入有机相的量,相比 R =,操作条件,2.1溶剂萃取,同乘,萃取率（E）与分配比（D）、相比（R）之关系,D越大，E越大,R越大，

4、E越大,2.1溶剂萃取,等体积萃取（R=1）,当D不够大时，一次 萃取的E不达要求， 可采用多次萃取的方 法来提高E。,2.1溶剂萃取,多次萃取,设Vw为水相体积，每次加入的有机相体积为Vo ，m0为萃取前试样中A的质量，m1、m2、mn为1次、2次n次萃取后水相中剩余的A的质量，则m1、m2、mn=？,萃取一次后留在水相中A的质量m1,分配比：,水相浓度c1,2.1溶剂萃取,第二次萃取后水相中剩余溶质A质量m2,经n次萃取后水相中剩余溶质A质量mn,n次萃取后的萃取效率E,2.1溶剂萃取,对单一形态溶质，分配比（D） = 分配系数（KD）,（4）分离因子（）,两种溶质相互分离的程度,反应两溶

5、质分离的难易。,越大（小）越易分离, =1不能分离,两溶质分配比之比,选择性系数,2萃取过程热力学,2.1溶剂萃取,K1，K2：温度为T1，T2时的萃取平衡常数,R：气体常数,不同温度下平衡常数之间的关系,H：反应前后自由焓增量,2.1溶剂萃取,3. 主要萃取体系,（1）萃取过程,被萃溶质+萃取剂萃合物,由于疏水作用进入有机相,萃合物反应,（水相）,（相界）,（有机相）,（2）萃取的本质,将物质由亲水性转化为疏水性的过程,物质含疏水性基团越多，其疏水性越强。 常见的疏水基团：烷基、芳香基等。,凡是离子都有亲水性。,物质含亲水性基团越多，其亲水性越强。 常见的亲水基团：-OH，-SO3H，-NH

6、2，=NH等。,2.1溶剂萃取,（3）萃取剂的要求,至少具有一个萃取功能基团,具有足够的疏水性,具有良好的选择性,具有较高的萃取容量,具有良好的理化性质,中性配合体系,（4）主要萃取体系,特征：萃合物以中性分子形式存在,2.1溶剂萃取,阳离子交换体系,特征：萃取剂即溶于水又溶于有机酸，被萃物是金属阳离子,离子缔合体系,协同萃取体系,特征：阴离子或阳离子在水相中缔合后进入有机相,特征：两种或两种以上萃取剂同萃一物,协同效应：若用两种或两种以上萃取剂的混合物萃取时，其分配比明显大于在相同条件下单独使用每一种萃取剂时的分配比之和的现象称作协同效应。,2.1溶剂萃取,简单分子萃取体系,高温液-液萃取体

7、系,特征：仅通过物理分配作用从水相进入有机相,特征：在高温（可达上百）下操作,2.1溶剂萃取,萃取剂的浓度,酸度（pH）,萃取剂浓度，则D,金属离子浓度,（4）影响溶剂萃取的因素,盐析剂,低于最佳酸度时：pH，则D,金属离子浓度很高时，则D,D ,盐析剂：指易溶于水，不被萃取，但能促进萃取物 转入有机相，提高 E 的无机物盐类。,同离子效应,水合作用,2.1溶剂萃取,不利于萃取,温度,第三相,放热反应：T ，D ； 吸热反应：T ，D ,加稀释剂,萃取剂在有机相中溶解度小,增大相比,萃合物在有机相中溶解度小,去乳化剂,乳化现象,缓冲剂调节PH,盐调节离子强度,2.1溶剂萃取,4. 溶剂萃取新技

8、术简介,溶剂微萃取（solvent microextraction SME）,液相微萃取（liquid phase microextraction LPME）,（1）微滴液相微萃取（single drop microextraction SDME ）,有机溶剂,水溶液,目标物分子,有机溶剂用量少； 装置简单，操作方便； 适用于水中溶解度小、含有酸 （碱）性官能团的目标物； 分析样品的前处理技术。,2.1溶剂萃取,（2）中空纤维的两相模式或三相模式微萃取,水溶液,目标物分子,有机溶剂,中空纤维壁,接收液,磁力搅拌,2.1溶剂萃取,微波辅助溶剂萃取,机理：利用物质介电常数不同，吸收微波能力的差异,

9、利用加热加速溶剂萃取； 极性分子容易吸收微波能,可选择性加热； 里外同时加热，受热均匀； 多用于固体萃取。（食品、中草药等）,特点：,例2-1 用100mL乙醚从100mL浓度为10-2mol/L的某药物水溶液中萃取该药物，假设该药物在乙醚和水中的分配比为3.0，试计算: （1）在每一相中的药物质量和浓度及萃取效率； （2）如果用1000mL乙醚萃取，萃取效率=？ （3）如果用1000mL乙醚分十次萃取，每次100mL， 萃取效率=？,解（1）Vo= 100mL Vw= 100mL cw0=10-2 mol/L,设：萃取后乙醚相中药物的浓度co1， 水相中药物的浓度cw1，,2.1溶剂萃取,2

10、.1溶剂萃取,药物物料衡算,则：萃取后水相浓度,mol/L,乙醚（有机）相浓度,mol/L,cw1Vw = 2.510-3 100 10-3 = 2.510-4 mol,co1 Vo=7.510-3 100 10-3 = 7.510-4 mol,（2） Vo= 1000mL Vw= 100mL cw0=10-2mol/L,2.1溶剂萃取,水相中药物量：,乙醚（有机）相中药物量,萃取效率,2.1溶剂萃取,则：萃取后水相浓度,mol/L,萃取效率,（3） Vo= 100mL Vw= 100mL cw0=10-2mol/L n=10,例2-2 有一金属螯合物在pH=3时从水相萃入甲基异丁 基酮中，其

11、分配比为5.96，现取50.0mL含该金属离子 的试液，若要求萃取率不低于99.9%。试计算： （1）一次性萃取需要加入甲基异丁基酮体积； （2）每次用25.0mL甲基异丁基酮于pH=3萃取， 问一共要萃取多少次？,2.1溶剂萃取,解（1）D=5.96 Vw= 50mL E=99.9%,mL,（2）每次用25.0mL甲基异丁基酮于pH=3萃取， 问一共要萃取多少次？,n = 5次,2.1溶剂萃取,2.1溶剂萃取,例2-3 试剂（HR）与某金属离子M+2形成MR2后而被有 机溶剂萃取，反应的平衡常数即为萃取平衡常数，已 知K=KD=0.15。若20.0mL金属离子的水溶液被含有HR 为2.010-2molL-1的10.0 mL有机溶剂萃取，计算pH= 3.50时，金属离子的萃取率。,解： M2+ + 2HR（o） = MR2（o） + 2H+,反应的平衡常数,萃取平衡常数,2.1溶剂萃取,分配比为,萃取率：,假定一次萃取的E1=50%（即D=1），欲达到 En=99%，必须连续萃取几次？欲达到En=99.9%， 又必须连续萃取几次？,4某溶液含Fe3+10mg，将它萃取如入某有机溶剂中 时，分配比=99。问用等体积溶剂萃取1次和2次， 剩余Fe3+量各是多少？若在萃取2次后，分出有机 层，用等体积水洗一次，会损失Fe3+多少毫克？,2.1溶剂萃取,作业：,