第三章 溶剂萃取法

[I2]O KD = D = ——— [I2]W 不符合分配定律的体系：KD≠D 分配比除与一些 常数有关以外，还与酸度、溶质的浓度等因素有 关，它并不是一个常数。
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例如：
醋酸在苯—水萃取体系中
• 在两相间的分配： [CH3COOH] W ====[CH3COOH] O • 在水相电离： CH3COOH ====CH3COO- + H+ • 在苯相中缔合： 2CH3COOH（O）====(CH3COOH)2(O)
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一、萃取分离法的基本原理
利用化合物在两种互不相溶（或微溶）
的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化
合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。
经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物
提取出来。
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1．萃取过程的本质 就是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。
２、萃取物 亲水性物质：离子型化合物，易溶于水而难溶于 有机溶剂的物质。如无机离子，含亲水基团OH,-SO3H,-NH2…的物质。 疏水性或亲油性物质：共价化合物，具有难溶于 水而易溶于有机溶剂的物质。如许多有机化合物， 酚酞，油脂等（含疏水基团-CH3,-C2H5,苯基等）
[OsO4]O + 4[(OsO4)4]O
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（3）分配系数与分配比关系
• 当溶质在两相中以相同的单一形式存在，且溶液较 稀，KD＝D。否则KD≠D。 • 分配系数与萃取体系和温度有关，而分配比除与萃 取体系和温度有关外，还与酸度、溶质的浓度等因 素有关
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（4） 萃取百分率
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有机化合物在有机溶剂中一般比在水中溶解
度大。用有机溶剂提取溶解于水的化合物是萃
取的典型实例。萃取时如果各成分在两相溶剂 中分配系数相差越大，则分离效率越高。 在萃取时，若在水溶液中加入一定量的电 解质（如氯化钠），利用“盐析效应”以降低
有机物和萃取溶剂在水溶液中的溶解度，常可
提高萃取效果。
第三 章
溶剂萃取分离法
萃取又称溶剂萃取或液液萃取（以区 别于固液萃取，即浸取），亦称抽提（通 用于石油炼制工业），是一种用液态的萃 取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶 液，实现组分分离的传质分离过程, 是一 种广泛应用的单元操作。利用相似相溶原 理，萃取有两种方式：液-液萃取和固-液 萃取 。
液-液萃取
快、不产生乳化或形成第三相、价廉易得等。
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• 大多数的萃取剂为易溶于有机相的液体，但也有少数萃取 剂是难溶于普通有机相的固体 （8-羟基喹啉），这时，就 需要用另一种有机溶剂来溶解萃取剂。 • 即使萃取剂为液体，有时为了减少萃取剂的用量或为了调 节萃取剂的密度和黏度，往往会加入一种惰性溶剂作为稀 释剂。 • 稀释剂的密度与水的密度要有较大差异，以利于分层。但 也不能相差太大，否则会造成混合不均匀。稀释剂的密度 一般应介于正戊烷（密度为0.63g/cm3）和CCl4（1.59 g/cm3） 之间。
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2．分配系数和分配比
（1）分配定律和分配系数 （2）分配比 （3）分配系数与分配比 （4）萃取百分率 （5） E和D的关系：
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（１）分配定律和分配系数
分配定律是萃取方法理论的主要依据，物质对 不同的溶剂有着不同的溶解度。同时，可溶性的物 质在两种互不相溶的溶剂中，它能分别溶解于两种 溶剂中，实验证明，在一定温度下，该化合物与此 两种溶剂不发生分解、电解、缔合和溶剂化等作用 时，此化合物在两液层中存在形式相同，则在两相 中之比是一个定值。不论所加物质的量是多少，都 是如此。属于物理变化。用公式表示。 CA/CB=K • CA.CB分别表示一种化合物在两种互不相溶地 溶剂中的量浓度。K是一个常数，称为“分配系数”
90mL的CCl4分三次萃取，每次30mL m3 = mo [Vw /(D Vo + Vw)]3 =10[100/(8530+100)]3 =0.54g E = [(10-5.4 10-4)/10] 100% = 99.995% 结论：同量的萃取溶剂，分几次萃取的效率比一次萃取的 效率高 分离与富集方法介绍
因此，经n次提取后:
Wn V Wn-1 - Wn S =K Wn-1KV KV n Wn = W0 ( ) KV + S KV + S
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当用一定量溶剂时，希望在水中的剩余 量越少越好。而上式KV/(KV+S)总是小于1， 所以n越大，wn就越小。也就是说把溶剂分 成数次作多次萃取比用全部量的溶剂作一次 萃取为好。 但应该注意，上面的公式适用于几乎和 水不相溶地溶剂，例如苯，四氯化碳等。而 与水有少量互溶地溶剂乙醚等，上面公式只 是近似的。但还是可以定性地指出预期的结 果。
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萃取操作的简单过程
• 溶质在互不相溶的两相中分配
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例如：萃取与反萃取——Ni2+的萃取
（1）萃取过程： Ni2+由亲水性转化为疏水性的将开 始Ni2+在水中以水合离子Ni(H2O)6 2+ 形式存在， 是亲水的。在pH 8－9的氨性溶液中，加入丁二酮 肟，与Ni2+形成螯合物，是疏水性，可被氯仿萃 取。 （2）反萃取过程： Ni2+由疏水性的螯合物转化为亲 水性 将有机相的物质再转入水相，称为反萃取。 向丁二酮肟镍螯合物的氯仿萃取液中加入盐酸， 酸的浓度达到0.5—1mol/L时，螯合物被破坏， Ni2+又恢复了亲水性，重新回到水相。
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萃取的沿革
1842年 E.-M.佩利若研究了用乙醚从硝酸溶液中 萃取硝酸铀酰。
1903年L.埃迪兰努用液态二氧化硫从煤油中萃取 芳烃，这是萃取的第一次工业应用。 20世纪40年代后期，生产核燃料的需要促进了萃 取的研究开发。 现今萃取已应用于石油馏分的分离和精制，铀、 钍、钚的提取和纯化，有色金属、稀有金属、 贵重金属的提取和分离，抗菌素、有机酸、生 物碱的提取，以及废水处理等。
经一次萃取，原溶液中该化合物的浓度为w1/V ； 而萃取溶剂中该化合物的浓度为(w0-w1)/S；两者之 比等于K，即：
W1 V W0 - W1 S =K W0 KV W1 = KV + S
同理，经二次萃取后，则有
W2 V W1 - W2 S =K W0KV KV W1KV KV + S KV 2 W2 = W0 ( ) KV + S KV S KV + S
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例：用四氯化碳萃取碘水中的碘
用CCl4萃取I2，I2在两相中以分子的形式存在，存在形 式相同。
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（２）分配比
• 分配比的含义：将溶质在有机相中的各种存在形式的 总浓度cO和在水相中的各种存在形式的总浓度cW之比，用D 表示：
cO D = ——— cW
பைடு நூலகம்
对符合分配定律的体系
• 实验室常用的稀释剂有6~12个碳的正构烷烃、氯仿、四氯 化碳、苯、甲苯和二甲苯。
当用等体积溶剂进行萃取时，即Vw＝VO ，则：
D E = —————— 100% D + 1 若D＝1，则萃取一次的萃取百分率为50％； 若要求萃取百分率大于90％，则D必须大于9。 当D不高时，一次萃取百分率较低，此时可采用多次连续 萃取的方法来提高萃取率。
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多次连续萃取的方法：
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重复萃取
重复萃取可将化合物从溶液中完全萃 取出来，利用分配定律的关系，可以算 出经过萃取后化合物的剩余量。 设：V为原溶液的体积 w0为萃取前化合物的总量 w1为萃取一次后化合物的剩余量 w2为萃取二次后化合物的剩余量 wn为萃取n次后化合物的剩余量 S为萃取溶液的体积
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三、萃取体系的类型及萃取条件
1. 螯合物萃取体系 2. 离子缔合物萃取体系 3. 溶剂化合物萃取体系 4. 简单分子萃取体系和萃取条件的选择
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1、主要萃取体系及其应用
• 通常的萃取包括三个基本步骤：
• 1.水相中的被萃取溶质与加入的萃取剂生成可萃 取化合物（也称为萃合物，通常是配合物） • 2.在两相界面萃合物因疏水分配作用进入有机相 • 3.萃合物在有机相中发生化学反应（聚合、解离、 与其它组分反应等）溶质最终在两相中达到平 衡。
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常见萃取剂：水， 苯 ，四氯化碳，汽油， 乙醚
要求：萃取剂和原溶剂互不混溶 萃取剂和溶质互不发生反应 溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂 中的溶解度 相关规律：有机溶剂溶易于有机溶剂，极性溶剂 溶易于极性溶剂，反之亦然 特点 设备简单，分离效果好，应用广泛 费时，有机溶剂沸点低、易燃易挥发、部分 溶剂有一定的毒性污染环境
液-液萃取，用选定的溶剂分离液体混 合物中某种组分，溶剂必须与被萃取的混 合物液体不相溶，具有选择性的溶解能力， 而且必须有好的热稳定性和化学稳定性， 并有小的毒性和腐蚀性。如用苯分离煤焦 油中的酚；用有机溶剂分离石油馏分中的 烯烃； 用CCl4萃取水中的Br2.
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固-液萃取
固-液萃取，也叫浸取，用溶剂分离 固体混合物中的组分，如用水浸取甜菜中 的糖类；用酒精浸取黄豆中的豆油以提高 油产量；用水从中药中浸取有效成分以制 取流浸膏叫“渗沥”或“浸沥”。
• 设Vw 溶液内含有被萃取物为mO ，用VO 溶剂萃取一次， 水相中剩余被萃取物m1 (g)，则进入有机相的质量是(mO m1)(g)．则水相中剩余被萃取物为： cO (mO - m1)/ VO D = ——— = ———————————— cW m1 / VW VW m1 = mO ———————— D VO + VW • 若用VO 溶剂萃取n次，水相中剩余被萃取物为 mn (g)，则： mn = mO [ VW /（D VO + VW）]n 同量萃取剂，萃取次数对萃取百分率的影响