液--液萃取技术

概述 萃取技术原理 萃取过程计算

基本概念 利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将其从一个液相转移到另一个液相的分离过程称为液液萃取，也叫溶剂萃取。 待分离的一相称为被萃取相，萃取后成为萃余相，用做分离的相称为萃取相。 萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组分称为稀释剂或溶剂。

液-液萃取技术应用 炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和芳烃的分离，润滑油的精制等； 湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取； 磷和硼等无机资源的提取和净化； 医药工业中的多种抗生素和生物碱的分离提取； 食品工业中有机酸的分离和净化； 环保处理中有害物质的脱除等。

主要研究内容 (1)确定萃取体系 包括被萃相体系和萃取相体系的构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。 (1)确定萃取体系 包括被萃相体系和萃取相体系的构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。 (2)测定相平衡数据 分配系数和分离系数。 (3)确定工艺和操作条件 相比、萃取剂和稀释剂用量、被萃物浓度、萃取温度等。 (4)萃取流程的建立 完整的萃取和反萃取流程。 (5)设备的确定 设备形式和结构。

萃取剂的选择 萃取剂选择要点 ①选择性好 表现为分离系数大。 ②萃取容量大 表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。 ①选择性好 表现为分离系数大。 ②萃取容量大 表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。 ③化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 ④易与原料液相分层 不乳化、不产生第三相。 ⑤易于反萃或分离 便于萃取剂的重复利用。 ⑥安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。 ⑦经济性好 成本低、损耗小。

常用萃取剂 ①中性萃取剂 包括含磷类、含氧类和含硫类重型萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异丁基酮(MIBK)、二辛基亚砜(DOSO)等。 ②有机酸萃取剂 包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。 ③胺类萃取剂 各种有机胺和胺盐。 ④螯合萃取剂 各种有机螯合物、冠醚等。

例：丁二酮肟（A)萃取镍 水溶液中：Ni(H2O)62+ 亲水性 萃取过程的本质 是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。 任务：选择适当的萃取剂，在适当的条件下，促 使物质由亲水性向疏水性转化。  (疏水性，可溶于CHCl3) pH=9

常见的亲水基团：-OH，-SO3H，-NH2，=NH等。 物质亲水性与疏水性强弱的规律： 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，-NH2，=NH等。 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。

反萃取 有时需要采取与萃取相反的步骤，把有机相的物质再转入水相中，这一过程称为反萃取。

特点 （1）简便快速。有分液漏斗即可。 （2）有较高的灵敏度、选择性。 （3）应用广泛 （4）手工操作，工作量大。 （5）所用有机溶剂易挥发、易燃和有毒

液体分子间的作用力，有范德华分子引力和氢键作用力两种，而氢键作用力比范德华引力要强。 相似相溶原理 结构相似的化合物易相互混溶，结构相差大的化合物不易互溶。 各类溶剂的互溶规律 液体分子间的作用力，有范德华分子引力和氢键作用力两种，而氢键作用力比范德华引力要强。 各类溶剂的互溶程度决定于形成氢键的数目和强度。当两种液体混合后形成氢键的数目或强度比混合前大时，则有利于互溶或增大溶解度；反之，则不利于互溶或减小溶解度；在混合前后均无氢键生成，则相互溶解度的大小决定于范德华引力大小，即分子的偶极矩和极化率越大，则溶解度增大；反之，溶解度减小。

分配定律，分配系数 当某一种溶质在基本上不相混溶的两个溶剂之间分配时，在一定温度下，两相达到平衡后，且溶质在两相中的分子量相等。则其在两相中的浓度比值为一常数 即：当某一溶质A同时接触到两种互不混溶的溶剂时，例如一种是水，另一种是有机溶剂时，溶质A就分配在这两种溶剂中。 A(w)  A(o)

A(w)  A(o) KD只在一定温度下 溶液中溶质的浓度很低 溶质在两相中的存在形式相同时 分配过程达到平衡： KD——分配系数 当溶质浓度较高时： A(w)  A(o) PA——热力学分配系数

分配比不是常数，它随萃取条件的变化而变化。因而改变萃取条件，可使分配比按照所需的方向改变，从而使萃取分离进行完全。 分配比：表示溶质在两相中以各种形式存在的总浓度的比值。 分配比不是常数，它随萃取条件的变化而变化。因而改变萃取条件，可使分配比按照所需的方向改变，从而使萃取分离进行完全。

碘在CCl4和H2O中的分配过程 在水溶液中： I2 + I-  I3- I2分配在两种溶液中：I2(w)  I2(o) 稳定常数 分配系数

分配比： 结论: 分配比随[I-]w浓度改变而改变 （1）D随[I-]w改变而浓度，[I-]=0时，D=KD （2） [I-]w￪， D￬，当Kf[I-]>>1时 结论: 分配比随[I-]w浓度改变而改变

例：某一物质A的水溶液，体积为V水，用有机 溶剂萃取时，有机溶剂的体积为V有。其萃取率 的表达方式如下： 萃取百分率（萃取率）：表示被萃取的组分已萃入有机 相的总量与原始溶液中被萃取组分总量比值的百分数。 用E表示。 例：某一物质A的水溶液，体积为V水，用有机 溶剂萃取时，有机溶剂的体积为V有。其萃取率 的表达方式如下： 分子分母同 除以C水V有

D=100时， E=99.5% 当组分含量较少可认为萃取完全 在分析工作中，一般常用等体积的溶剂来萃取。V有=V水 分配比D大，萃取率E大，萃取就进行完全。 D=1000时， E=99.9% 萃取完全 D=100时， E=99.5% 当组分含量较少可认为萃取完全 D=10时， E=90% 一次萃取不完全

用100mL乙醚从100mL10-2mol/L的某药物水溶液中萃 取该药物后，计算在每一相中的物质量和浓度及萃取 效率。（假设该药物在乙醚和水中的分配比为3.0）。 如果用1000mL乙醚萃取，萃取效率又怎样？ 解（1）V有= 100mL V水= 100mL C0=10-2mol/L 设萃取后乙醚相中药物的浓度Cˊ； 水相中药物的浓度C；D=Cˊ/C C0 V水= CV水 + Cˊ V有= CV水 + CD V有 C = C0 V水/ (V水 + D V有) = C0/(1+D) =10-2/4=2.5×10-3mol/L

C’=DC=3× 2.5×10-3mol/L= 7.5×10-3mol/L n= CV水 = 2.5×10-3 × 100 ×10-3 = 2.5×10-4 mol n’=C’ V有=7.5×10-3 × 100 ×10-3 = 7.5×10-4 mol E= D/(D+V水/V有)=D/(D+1)=3/(3 + 1)=75% (2) V有= 1000mL V水= 100mL C0=10-2mol/L C = C0 V水/ (V水 + D V有) = 10-2/(1+3×10)=3.22×10-4mol/L E= D/(D+V水/V有) =3/(3 + 100/1000)=96.8%

E由D、V水/V有决定， D￪ 、V水/V有￬， E￪ 连续萃取：溶质经一次萃取后，分离两相，再用新鲜的有机溶剂萃取剩余在水相中的溶质，再分离，如此反复。 问题：为什么用连续萃取数次的方法，要达到单次萃取同样的萃取率，只需用较少量的有机溶剂？

设D =10，原水溶液中溶质A的总浓度C0；体积V水；有机溶剂体积V有。 萃取一次，平衡时：水溶液中A总浓度C1，有机 相中A总浓度C1’， 若V有=V水

萃取二次，平衡时：水溶液中A总浓度C2 萃取三次，平衡时：水溶液中A总浓度C3 连续萃取三次，用有机溶剂总体积为V有=3V水时，萃取定量完成。

单次萃取；V有=3V水 萃取一次，平衡时：水溶液中A总浓度C1 萃取率： 与连续萃取3次相比，消耗同量的有机溶剂，但效果不及连续萃取。

一次萃取的萃取率E1（%），第n次萃取后的，总萃取率En（%），以及萃取次数n，满足下公式： 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？ En（%）=99%， En（%）=99.9%，

小结 分配比 萃取百分率（萃取率） 连续萃取 总萃取率En（%）【通常要求≥99%】

萃取实施要点 注意通气孔（槽）的位置 玻璃棒的引流与孔（槽） 嘴的指向与防漏 摇动时间 放液速度与接近界面时的处理 试漏与清洗 固定架台 准确移入 玻璃棒的引流与孔（槽） 盖塞 摇动与放气 嘴的指向与防漏 摇动时间 静置与泡沫的处理 分液 放液速度与接近界面时的处理

作业 用200mL乙酸乙酯从200mL10-3mol/L的某药物水 溶液中萃取该药物后，计算在每一相中的物质量和 浓度及萃取效率。（假设该药物在乙酸乙酯和水中 的分配比为2.0）。如果用2000mL乙醚萃取，萃取 效率又怎样？