✖


Jump to content

Жидкостно-жидкостная экстракция

используемая Делительная воронка, для экстракции жидкость-жидкость, о чем свидетельствуют две несмешивающиеся жидкости.

Жидкостно-жидкостная экстракция , также известная как экстракция растворителем и разделение , представляет собой метод разделения соединений или комплексов металлов , основанный на их относительной растворимости в двух разных несмешивающихся жидкостях, обычно воде (полярной) и органическом растворителе (неполярном). Происходит чистый переход одного или нескольких веществ из одной жидкости в другую жидкую фазу, обычно из водной в органическую. Перенос осуществляется за счет химического потенциала, т.е. после завершения переноса вся система химических компонентов, составляющих растворенные вещества и растворители, находится в более стабильной конфигурации (более низкая свободная энергия). Растворитель, обогащенный растворенными веществами, называется экстрактом. Исходный раствор, обедненный растворенными веществами, называется рафинатом . Жидкостно-жидкостная экстракция является основным методом в химических лабораториях, где она осуществляется с использованием разнообразного оборудования, от делительных воронок до противоточного распределительного оборудования, называемого смесителями-отстойниками . [ не проверено в теле ] Этот тип процесса обычно выполняется после химической реакции как часть обработки , часто включая кислотную обработку.

Термин «разделение» обычно используется для обозначения основных химических и физических процессов, участвующих в жидкостно-жидкостной экстракции , но в другом прочтении может быть полностью синонимом этого термина. Термин «экстракция растворителем» также может относиться к отделению вещества от смеси путем предпочтительного растворения этого вещества в подходящем растворителе. В этом случае растворимое соединение отделяют от нерастворимого соединения или сложной матрицы. [ не проверено в теле ]

С точки зрения гидрометаллургии , экстракция растворителем используется исключительно при разделении и очистке урана и плутония, циркония и гафния, разделении кобальта и никеля, выделении и очистке редкоземельных элементов и т. д., причем ее наибольшим преимуществом является ее способность избирательно выделять даже очень похожие металлы. Получают потоки отдельных металлов высокой чистоты при «удалении» металлических соединений из «нагруженного» органического вещества, где можно осаждать или осаждать металлические соединения. Отгонка является противоположностью экстракции: перенос массы из органической фазы в водную.

Жидкостно-жидкостная экстракция также широко применяется в производстве тонких органических соединений , обработке парфюмерии , производстве растительных масел и биодизеля и других отраслях. [ не проверено в теле ] Это один из наиболее распространенных методов первоначального разделения, хотя некоторые трудности приводят к выделению тесно связанных функциональных групп.

Экстракцию жидкость-жидкость можно существенно ускорить с помощью микрофлюидных устройств, сокращая время экстракции и разделения с минут/часов до нескольких секунд по сравнению с обычными экстракторами. [1]

Жидкостно-жидкостная экстракция возможна в неводных системах: в системе, состоящей из расплавленного металла в контакте с расплавленными солями , металлы могут экстрагироваться из одной фазы в другую. Это связано с ртутным электродом, в котором металл может быть восстановлен, затем металл часто растворяется в ртути с образованием амальгамы , которая значительно изменяет его электрохимию. Например, натрия катионы могут восстанавливаться на ртутном катоде с образованием амальгамы натрия , тогда как на инертном электроде (таком как платина) катионы натрия не восстанавливаются. Вместо этого вода восстанавливается до водорода. или Моющее средство мелкодисперсное твердое вещество можно использовать для стабилизации эмульсии или третьей фазы . [ не проверено в теле ]

Меры эффективности

[ редактировать ]

Коэффициент распределения

[ редактировать ]

При экстракции растворителем коэффициент распределения часто используется как мера того, насколько хорошо экстрагирован вид. Коэффициент распределения ( Kd водной ) равен концентрации в растворенного вещества органической фазе, деленной на его концентрацию в фазе . В зависимости от системы коэффициент распределения может быть функцией температуры, концентрации химических веществ в системе и большого количества других параметров. Обратите внимание, что D связано с Δ G процесса экстракции. [ нужны разъяснения ] .

Иногда коэффициент распределения называют коэффициентом распределения , который часто выражается в виде логарифма . о соотношении распределения урана и нептуния между двумя неорганическими твердыми телами ( цирконолитом и перовскитом ). Обратите внимание, что сообщалось [2] При экстракции растворителем две несмешивающиеся жидкости взбалтывают вместе. Более полярные растворенные вещества растворяются преимущественно в более полярном растворителе, а менее полярные — в менее полярном растворителе. В этом эксперименте неполярные галогены преимущественно растворяются в неполярном минеральном масле. [3]

Хотя коэффициент распределения и коэффициент распределения часто используются как синонимы, это не обязательно так. Растворенные вещества могут существовать более чем в одной форме в любой конкретной фазе, что означает, что коэффициент распределения (K d ) и коэффициент распределения (D) будут иметь разные значения. Это важное различие, которое следует учитывать, поскольку, хотя коэффициент распределения имеет фиксированное значение для распределения растворенного вещества между двумя фазами, коэффициент распределения меняется в зависимости от различных условий в растворителе. [4]

После проведения жидкостно-жидкостной экстракции необходимо провести количественную меру для определения соотношения общей концентрации раствора на каждой фазе экстракции. Эта количественная мера известна как коэффициент распределения или коэффициент распределения. [5]

Коэффициенты разделения

[ редактировать ]

Коэффициент разделения представляет собой один коэффициент распределения, разделенный на другой; это мера способности системы разделять два растворенных вещества. Например, если коэффициент распределения никеля (D Ni ) равен 10, а коэффициент распределения серебра (D Ag ) равен 100, то коэффициент разделения серебро/никель (SF Ag/Ni ) равен D Ag /D Ni = СФ Ag/Ni = 10. [6]

Коэффициент дезактивации

[ редактировать ]

Это используется для выражения способности процесса удалять загрязнения из продукта. Например, если в процесс подается смесь кадмия и индия в соотношении 1:9 , а продукт представляет собой смесь кадмия и индия в соотношении 1:99, то коэффициент дезактивации (для удаления кадмия) процесса составляет 0,11/ 0,01 = 11.

Наклоны графиков

[ редактировать ]

Самый простой способ разобраться в механизме извлечения — нарисовать графики и измерить наклоны. Если для экстракционной системы значение D пропорционально квадрату концентрации реагента ( Z ), то наклон графика log 10 ( D ) против log 10 ([[ Z ]]) будет равен двум.

Меры успеха

[ редактировать ]

Успех жидкостно-жидкостной экстракции измеряется коэффициентами разделения и коэффициентами дезактивации. Лучший способ понять успех экстракционной колонны — это набор данных о равновесии жидкость-жидкость (LLE). Затем набор данных можно преобразовать в кривую для определения поведения распределения растворенного вещества между двумя фазами в установившемся состоянии. Ось Y представляет собой концентрацию растворенного вещества в фазе экстракта (растворителя), а ось X представляет собой концентрацию растворенного вещества в фазе рафината. Отсюда можно определить шаги по оптимизации процесса. [7]

Техники

[ редактировать ]

Пакетная одноэтапная экстракция

[ редактировать ]

Это обычно используется в небольших масштабах в химических лабораториях. Использование делительной воронки является нормальным . Процессы включают DLLME и прямую органическую экстракцию. [8] После уравновешивания фазу экстракта, содержащую желаемое растворенное вещество, отделяют для дальнейшей обработки. [9]

Дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция (ДЖЖМЭ)

[ редактировать ]

Процесс, используемый для извлечения небольших количеств органических соединений из проб воды. [10] Этот процесс осуществляется путем введения небольших количеств соответствующего экстракционного растворителя (C 2 Cl 4 ) и растворителя-диспергатора (ацетона) в водный раствор. Полученный раствор затем центрифугируют для разделения органического и водного слоев. Этот процесс полезен при экстракции органических соединений, таких как хлорорганические и фосфорорганические пестициды, а также замещенных бензольных соединений из проб воды. [10]

Прямая органическая экстракция

[ редактировать ]

При смешивании частично растворимых органических соединений в органическом растворителе (толуоле, бензоле, ксилоле) растворимые органические соединения растворяются в растворителе и могут быть разделены с помощью делительной воронки . Этот процесс важен для экстракции белков, в частности фосфопротеинов и фосфопептид-фосфатаз. [11]

Другой пример такого применения – экстракция анизола из смеси воды уксусной и 5% кислоты с помощью эфира , после чего анизол перейдет в органическую фазу. Тогда эти две фазы будут разделены. [ нужна ссылка ] Затем уксусную кислоту можно очистить (удалить) от органической фазы путем встряхивания органического экстракта с бикарбонатом натрия . Уксусная кислота реагирует с бикарбонатом натрия с образованием ацетата натрия , углекислого газа и воды.

Кофеин также можно извлечь из кофейных зерен и чайных листьев методом прямой органической экстракции. Бобы или листья можно замочить в этилацетате, который благоприятно растворяет кофеин, оставляя большую часть аромата кофе или чая в исходном образце. [12]

Многоступенчатые противоточные непрерывные процессы

[ редактировать ]
Противоточный экстрактор непрерывного действия Coflore.

Они обычно используются в промышленности для обработки металлов, таких как лантаноиды ; поскольку коэффициенты разделения между лантанидами настолько малы, необходимо множество стадий экстракции. [13] В многостадийных процессах водный рафинат из одной экстракционной установки подается в следующую установку в качестве водного сырья, тогда как органическая фаза перемещается в противоположном направлении. Следовательно, таким образом, даже если разделение между двумя металлами на каждой стадии невелико, вся система может иметь более высокий коэффициент очистки.

многоступенчатые противоточные Для разделения лантаноидов использованы установки. Для разработки хорошего процесса коэффициент распределения не должен быть слишком высоким (>100) или слишком низким (<0,1) на экстракционной части процесса. Часто в процессе имеется секция очистки нежелательных металлов от органической фазы и, наконец, секция отпарки для обратного получения металла из органической фазы.

Миксеры-отстойники

[ редактировать ]

Батарея счетчика смесителей-отстойников в данный момент подключена между собой. Каждый смеситель-отстойник обеспечивает одну стадию экстракции. Смеситель-отстойник состоит из первой ступени, на которой происходит смешивание фаз, за ​​которой следует стадия спокойного отстаивания, позволяющая фазам разделяться под действием силы тяжести.

Непрерывное разделение смеси нефти и воды

Новое отстойное устройство Sudhin BioSettler позволяет непрерывно разделять водонефтяную эмульсию с гораздо большей скоростью, чем простые гравитационные отстойники. На этой фотографии водомасляная эмульсия, перемешиваемая крыльчаткой во внешнем резервуаре и непрерывно перекачиваемая в два нижних боковых порта BioSettler, очень быстро разделяется на прозрачный органический слой (минеральное масло), выходящий через верхнюю часть BioSettler и водный слой (окрашенный красным пищевым красителем) непрерывно откачивается со дна BioSettler.

При многоступенчатом противоточном процессе устанавливают несколько смесителей-отстойников с камерами смешения и отстойниками, расположенными на чередующихся концах каждой ступени (поскольку выход отстойников питает входы секций смешения соседней ступени). Смесители-отстойники используются, когда процесс требует более длительного времени пребывания и когда растворы легко разделяются под действием силы тяжести. Они требуют большой площади, но не требуют большого свободного пространства и нуждаются в ограниченных возможностях дистанционного обслуживания для периодической замены двигателей смешивания. (Колвен, 1956; Дэвидсон, 1957) [14]

4-ступенчатая батарея смесителей-отстойников для противоточной экстракции.

Центробежные экстракторы

[ редактировать ]

Центробежные экстракторы смешивают и разделяют в одном агрегате. Две жидкости будут интенсивно перемешиваться между вращающимся ротором и неподвижным корпусом на скорости до 6000 об/мин. Это создает большие поверхности для идеального массопереноса из водной фазы в органическую фазу. При 200–2000 г обе фазы снова разделятся. Центробежные экстракторы минимизируют использование растворителя в процессе, оптимизируют загрузку продукта в растворителе и полностью экстрагируют водную фазу. Противоточная и перекрестная вытяжка легко устанавливаются. [15]

Экстракция без химических изменений

[ редактировать ]

Некоторые растворенные вещества, такие как благородные газы, можно экстрагировать из одной фазы в другую без необходимости проведения химической реакции (см. «Абсорбция »). Это самый простой тип экстракции растворителем. При экстракции растворителя две несмешивающиеся жидкости взбалтывают вместе. Более полярные растворенные вещества растворяются преимущественно в более полярном растворителе, а менее полярные растворенные вещества - в менее полярном растворителе. Некоторые растворенные вещества, которые на первый взгляд не вступают в реакцию в процессе экстракции, не имеют коэффициента распределения, не зависящего от концентрации. Классический пример — экстракция карбоновых кислот ( ГК ) в неполярные среды, например бензол . Здесь часто бывает так, что карбоновая кислота образует димер в органическом слое, поэтому коэффициент распределения будет меняться в зависимости от концентрации кислоты (измеренной в любой фазе).

В этом случае константа экстракции k описывается выражением k = [ HA органический ] 2 /[ ГК водный ]

Механизм сольватации

[ редактировать ]

Используя экстракцию растворителем, можно экстрагировать уран , плутоний , торий избирательно и многие редкоземельные элементы из кислых растворов, используя правильный выбор органического экстрагирующего растворителя и разбавителя. Одним из растворителей, используемых для этой цели, является фосфорорганический трибутилфосфат (ТБФ). В процессе PUREX , который обычно используется при ядерной переработке , используется смесь три-н-бутилфосфата и инертного углеводорода ( керосина ). Уран (VI) извлекается из сильной азотной кислоты и подвергается обратной экстракции (очистке) с использованием слабой азотной кислоты. кислота. Образуется органорастворимый комплекс урана [UO 2 (TBP) 2 (NO 3 ) 2 ], затем органический слой, содержащий уран, приводится в контакт с разбавленным раствором азотной кислоты; равновесие смещается от органорастворимого комплекса урана в сторону свободного ТБФ и нитрата уранила в разбавленной азотной кислоте. Плутоний (IV) образует комплекс, аналогичный урану (VI), но плутоний можно отделить более чем одним способом; восстановитель , превращающий плутоний в трехвалентный степень окисления можно добавить . Эта степень окисления не образует стабильного комплекса с ТБФ и нитратом , если только концентрация нитрата не очень высока (в водной фазе требуется около 10 моль/л нитрата). Другой метод — просто использовать разбавленную азотную кислоту в качестве средства для удаления плутония. Этот химический состав PUREX является классическим примером сольватной экстракции . В этом случае D U = k [TBP] 2 [НЕТ 3 - ] 2 .

Ионообменный механизм

[ редактировать ]

Другой механизм экстракции известен как механизм ионного обмена . Здесь, когда ион переносится из водной фазы в органическую фазу, другой ион переносится в другом направлении для поддержания баланса зарядов. Этот дополнительный ион часто является ионом водорода ; для механизмов ионного обмена коэффициент распределения часто является функцией pH . Примером ионообменной экстракции может быть экстракция комбинацией терпиридина и карбоновой кислоты в трет - бутилбензоле америция . В этом случае

D Am = k [терпиридин] 1 [карбоновая кислота] 3 [ЧАС + ] −3

Другим примером является экстракция цинка , кадмия или свинца диалкилфосфиновой кислотой (R 2 PO 2 H) в неполярный разбавитель, такой как алкан . Неполярный металлокомплексов способствует образованию незаряженных неполярных . разбавитель

Некоторые системы экстракции способны извлекать металлы как по механизму сольватации, так и по механизму ионного обмена; примером такой системы является экстракция америция (и лантаноидов ) из азотной кислоты комбинацией 6,6'- бис- (5,6- дипентил -1,2,4-триазин-3-ил) -2 . ,2'-бипиридин и 2- кислота в трет - бутилбензоле . бромгексановая Как при высоких, так и при низких концентрациях азотной кислоты коэффициент распределения металлов выше, чем при средней концентрации азотной кислоты.

Извлечение ионных пар

[ редактировать ]

При тщательном выборе противоиона можно извлечь металл. Например, при высокой концентрации нитратов можно извлечь америций в виде анионного нитратного комплекса, если смесь содержит липофильную соль четвертичного аммония .

Примером, с которым чаще всего сталкивается «средний» химик, является использование катализатора фазового переноса . Это заряженный вид, который переносит другой ион в органическую фазу. Ион реагирует, а затем образует другой ион, который затем переносится обратно в водную фазу.

Например, 31,1 кДж моль −1 требуется для перевода ацетат- аниона в нитробензол, [16] а энергия, необходимая для перевода хлорид-аниона из водной фазы в нитробензол, составляет 43,8 кДж моль. −1 . [17] Следовательно, если водная фаза реакции представляет собой раствор ацетата натрия , а органическая фаза представляет собой раствор бензилхлорида в нитробензоле , то при использовании катализатора межфазного переноса ацетатные анионы могут переноситься из водного слоя, где они реагируют с бензилхлорид . с образованием бензилацетата и хлорид-аниона Затем хлорид-анион переносят в водную фазу. Энергии переноса анионов вносят свой вклад в энергию, выделяемую в реакции.

От 43,8 до 31,1 кДж моль −1 = 12,7 кДж моль −1 Дополнительная энергия выделяется реакцией по сравнению с энергией, если бы реакция проводилась в нитробензоле с использованием одной эквивалентной массы ацетата тетраалкиламмония . [18]

Виды водных двухфазных экстракций

[ редактировать ]

Полимер-полимерные системы. В системе полимер-полимер обе фазы генерируются растворенным полимером. Тяжелая фаза обычно представляет собой полисахарид , а легкая фаза обычно представляет собой полиэтиленгликоль (ПЭГ). Традиционно в качестве полисахарида используется декстран . Однако декстран относительно дорог, и исследования изучают возможность использования менее дорогих полисахаридов для получения тяжелой фазы. Если разделяемое целевое соединение представляет собой белок или фермент, можно включить лиганд цели в одну из фаз полимера. Это улучшает близость цели к этой фазе и улучшает ее способность переходить из одной фазы в другую. Это, а также отсутствие растворителей или других денатурирующих агентов делает полимер-полимерную экстракцию привлекательным вариантом очистки белков. Две фазы системы полимер-полимер часто имеют очень схожую плотность и очень низкое поверхностное натяжение между ними. Из-за этого расслоение полимер-полимерной системы часто оказывается гораздо более трудным, чем расслоение при экстракции растворителем. Методы улучшения расслоения включают в себя центрифугирование и применение электрического поля .

Полимерно-солевые системы. Водные двухфазные системы также можно получить путем создания тяжелой фазы с помощью концентрированного раствора соли. Используемая полимерная фаза обычно представляет собой ПЭГ. Обычно используется коссмотропная соль, такая как Na 3 PO 4 , однако были зарегистрированы системы ПЭГ-NaCl, когда концентрация соли достаточно высока. Поскольку полимерно-солевые системы легко расслаиваются, их проще использовать. Однако при высоких концентрациях соли белки обычно либо денатурируют, либо выпадают в осадок из раствора. Таким образом, полимерно-солевые системы не так полезны для очистки белков.

Системы ионных жидкостей. Ионные жидкости – это ионные соединения с низкой температурой плавления. Хотя технически они не являются водными, недавние исследования экспериментировали с их использованием в экстракции, в которой не используются органические растворители.

очистка ДНК

[ редактировать ]
Основная статья: экстракция ДНК

Возможность очистки ДНК из образца важна для многих современных биотехнологических процессов. Однако образцы часто содержат нуклеазы, которые разрушают целевую ДНК до того, как ее можно будет очистить. Показано, что фрагменты ДНК переходят в легкую фазу системы разделения полимер-соль. Если в полимерную фазу включены лиганды, которые, как известно, связывают и деактивируют нуклеазы, нуклеазы затем разделяются на тяжелую фазу и деактивируются. Таким образом, эта полимерно-солевая система является полезным инструментом для очистки ДНК из образца и одновременной защиты его от нуклеаз. [ нужна ссылка ]

Пищевая промышленность

[ редактировать ]

Было показано, что система ПЭГ-NaCl эффективна при разделении небольших молекул, таких как пептиды и нуклеиновые кислоты. Эти соединения часто являются ароматизаторами или отдушками. Эту систему затем можно будет использовать в пищевой промышленности для выделения или устранения определенных вкусов. Раньше экстракция кофеина осуществлялась с использованием жидкостно-жидкостной экстракции, в частности прямой и непрямой жидкостно-жидкостной экстракции (швейцарский водный метод), но с тех пор перешла к сверхкритическому CO 2 , поскольку она дешевле и может осуществляться в коммерческих масштабах. [19] [20]

Аналитическая химия

[ редактировать ]

Часто на одном этапе обработки пробы присутствуют или необходимы химические вещества, которые будут мешать анализу. Например, в некоторых случаях мониторинг воздуха осуществляется путем пропускания воздуха через небольшую стеклянную трубку, наполненную частицами сорбента, покрытыми химическим веществом для стабилизации или дериватизации интересующего аналита. Покрытие может иметь такую ​​концентрацию или характеристики, что оно может повредить оборудование или помешать анализу. Если образец можно извлечь из сорбента с использованием неполярного растворителя (например, толуола или сероуглерода), а покрытие является полярным (например, HBr или фосфорной кислоты), растворенное покрытие перейдет в водную фазу. Очевидно, что верно и обратное: для разделения неполярного интерферента используют полярный экстракционный растворитель и неполярный растворитель. Небольшую аликвоту органической фазы (или, в последнем случае, полярной фазы) можно затем ввести в прибор для анализа.

Очистка аминов

[ редактировать ]

Амины (аналогично аммиаку) имеют неподеленную пару электронов на атоме азота, которая может образовывать относительно слабую связь с атомом водорода. Таким образом, в кислых условиях амины обычно протонируются, неся положительный заряд, а в основных условиях они обычно депротонируются и становятся нейтральными. Амины с достаточно низкой молекулярной массой достаточно полярны, могут образовывать водородные связи с водой и поэтому легко растворяются в водных растворах. С другой стороны, депротонированные амины нейтральны и имеют жирные неполярные органические заместители и, следовательно, обладают более высоким сродством к неполярным неорганическим растворителям. По существу, можно провести такие стадии очистки, при которых водный раствор амина нейтрализуют основанием, таким как гидроксид натрия, затем встряхивают в делительной воронке с неполярным растворителем, несмешивающимся с водой. Органическую фазу затем сливают. Последующая обработка позволяет восстановить амин такими методами, как перекристаллизация, выпаривание или дистилляция; последующая экстракция обратно в полярную фазу может быть осуществлена ​​путем добавления HCl и повторного встряхивания в делительной воронке (в этот момент ион аммония может быть восстановлен путем добавления нерастворимого противоиона), или в любой фазе реакции могут проводиться как часть химический синтез.

Экстракция растворителем при колебаниях температуры

[ редактировать ]
Основная статья: Опреснение § Изменение температуры_растворитель_экстракция

Экстракция растворителем при колебании температуры — это экспериментальный метод опреснения питьевой воды. Он использовался для удаления до 98,5% содержания солей в воде и способен обрабатывать гиперсоленые рассолы, которые невозможно опреснять с помощью обратного осмоса. [21]

Кинетика экстракции

[ редактировать ]

Важно исследовать скорость, с которой растворенное вещество переносится между двумя фазами; в некоторых случаях путем изменения времени контакта можно изменить селективность экстракции. Например, извлечение палладия или никеля может быть очень медленным, поскольку скорость обмена лигандов на этих металлоцентрах значительно ниже, чем скорость для комплексов железа или серебра .

Водные комплексообразователи

[ редактировать ]

Если в водной фазе присутствует комплексообразователь, это может снизить коэффициент распределения. Например, в случае распределения йода между водой и инертным органическим растворителем, таким как четыреххлористый углерод , присутствие йодида в водной фазе может изменить химию экстракции: вместо будучи константой, оно становится

= k [I 2 (органический)]/[I 2 (водный)][I − (ак)]

Это связано с тем, что йод реагирует с йодидом с образованием I 3 − . Я 3 − анион является примером полигалогенидного аниона довольно распространенного .

Проектирование промышленных процессов

[ редактировать ]

В типичном сценарии в промышленном процессе используется стадия экстракции, на которой растворенные вещества переходят из водной фазы в органическую фазу; за этим часто следует стадия очистки, на которой нежелательные растворенные вещества удаляются из органической фазы, а затем стадия отгонки, на которой желаемые растворенные вещества удаляются из органической фазы. Затем органическую фазу можно обработать, чтобы она снова была готова к использованию. [22] [23]

После использования органическую фазу можно подвергнуть очистке для удаления любых продуктов разложения; например, на установках PUREX использованную органическую фазу промывают раствором карбоната натрия для удаления любого дибутилгидрофосфата или бутилдигидрофосфата, которые могут присутствовать.

Расчеты равновесия жидкость-жидкость

[ редактировать ]

Для расчета фазового равновесия необходимо использовать термодинамическую модель, такую ​​как NRTL, UNIQUAC и т. д. Соответствующие параметры этих моделей можно получить из литературы (например, Dechema Chemistry Data Series, Dortmund Data Bank и т. д.) или путем корреляции экспериментальных данных. [24] [25] [26] [27]

Оборудование

[ редактировать ]
Продолжительность: 28 секунд.
Разделение фаз во время жидкостно-жидкостной экстракции в лабораторных масштабах. Верхний органический эфирный раствор МТБЭ экстрагируется нижним щелочным водным раствором бикарбоната натрия для удаления бензойной кислоты в виде бензоат- аниона, в результате чего в органической фазе остается некислотное органическое вещество бензил (желтого цвета).

Хотя экстракция растворителем часто проводится в небольших масштабах химиками-синтетиками, использующими делительную воронку , аппарат Крейга или мембранные методы, [28] обычно это делается в промышленном масштабе с использованием машин, которые приводят две жидкие фазы в контакт друг с другом. К таким машинам относятся центробежные контакторы , тонкослойные экстракционные колонны , распылительные колонны , импульсные колонны и смесители-отстойники .

Добыча металлов

[ редактировать ]

К методам извлечения ряда металлов относятся: [29] [30]

Кобальт

[ редактировать ]

Экстракция кобальта из соляной кислоты с использованием Alamine 336 (триоктил/дециламин метаксилоле в ) . [31] Кобальт можно также экстрагировать с помощью Ionquest 290 или Cyanex 272 { бис- (2,4,4-триметилпентил)фосфиновой кислоты} .

Медь

[ редактировать ]

Медь можно экстрагировать с использованием гидроксиоксимов в качестве экстрагентов. В недавней статье описан экстрагент, обладающий хорошей селективностью в отношении меди по сравнению с кобальтом и никелем . [32]

Неодим

[ редактировать ]

Редкоземельный элемент неодим экстрагируется ди(2-этилгексил)фосфорной кислотой в гексан по ионообменному механизму. [33]

Никель

[ редактировать ]

Никель можно экстрагировать с помощью ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты и трибутилфосфата в углеводородном разбавителе (Shellsol). [34]

Палладий и платина

[ редактировать ]

Диалкилсульфиды, трибутилфосфат и алкиламины использовались для извлечения палладия и платины. [35] [36]

Полоний

[ редактировать ]

Полоний производят в реакторах из природных 209 Bi , бомбардируемый нейтронами , создает 210 Bi, который затем распадается на 210 По через бета-минус-распад. Окончательную очистку проводят пирохимическим способом с последующей жидкостно-жидкостной экстракцией гидроксидом натрия при 500 градусах Цельсия. [37]

Цинк и кадмий

[ редактировать ]

Цинк и кадмий экстрагируются методом ионного обмена, N,N,N',N'- тетракис(2-пиридилметил)этилендиамин (TPEN) действует как маскирующий агент для цинка и экстрагент для кадмия. [38] В модифицированном процессе Zincex цинк отделяется от большинства двухвалентных ионов путем экстракции растворителем. Для этого используется D2EHPA (Ди(2)этилгексилфосфорная кислота). Ион цинка заменяет протон двух молекул D2EHPA. Для удаления цинка из D2EHPA используется серная кислота в концентрации выше 170 г/л (обычно 240-265 г/л).

Литий

[ редактировать ]

Извлечение лития более популярно из-за высокого спроса на литий-ионные аккумуляторы . ТБФ (трибутилфосфат) и FeCl 3 в основном используется для извлечения лития из рассола (с высоким соотношением Li/Mg). [39] В качестве альтернативы для извлечения лития также использовался Cyanex 272. Механизм экстракции лития оказался отличным от других металлов, например кобальта, из-за слабой координационной связи между ионами лития и экстрагентами. [40]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Тома, Дж.Г.; Коблин, М.; Фрайберг, LJ; Ковалл, К.; Зебелейн, А.; Йованович, Г.Н. (2024). «Интенсификация экстракции растворителем в микрофлюидном сепараторе аддитивного производства». Химико-технологический журнал . 484 : 149285. doi : 10.1016/j.cej.2024.149285 .
  2. ^ «Публикации и отчеты SSRL | Стэнфордский источник синхротронного излучения» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2008 г. Проверено 21 января 2006 г.
  3. ^ пнджроуз. «Заметки об экстракции растворителем» .
  4. ^ «7.7: Жидкостно-жидкостная экстракция» . Химия LibreTexts . 25 октября 2013 г. Проверено 26 марта 2017 г.
  5. ^ http://courses.chem.psu.edu/chem36/Experiments/PDF's_for_techniques/Liquid_Liquid.pdf [ пустой URL PDF ]
  6. ^ «Базовые технологии и инструменты в области химического машиностроения - С. Уэсли - Документы» .
  7. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29 сентября 2015 г. Проверено 28 сентября 2015 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  8. ^ Мансур, Фотоух Р.; Хайри, Мостафа А. (9 августа 2017 г.). «Фармацевтическое и биомедицинское применение дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракции» . Журнал хроматографии Б. 1061–1062: 382–391. дои : 10.1016/j.jchromb.2017.07.055 . ПМИД   28802218 .
  9. ^ Уилсон, Ян Д. (2000). «ЭКСТРАКЦИЯ | Аналитические экстракции» . Энциклопедия науки о разделении . Академическая пресса . стр. 1371–1382. дои : 10.1016/B0-12-226770-2/02271-7 . ISBN  978-0-12-226770-3 .
  10. ^ Перейти обратно: а б Резаи, Мохаммед; Ассади, Яхуб; Милани Хоссейни, Мохаммад-Реза; Агаи, Элхам; Ахмади, Фардин; Бериджани, Сана (2006). «Определение органических соединений в воде методом дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракции». Журнал хроматографии А. 1116 (1–2): 1–9. дои : 10.1016/j.chroma.2006.03.007 . ISSN   0021-9673 . ПМИД   16574135 .
  11. ^ Шактер, Эмили (1984). «Органическая экстракция Pi изобутанолом/толуолом». Аналитическая биохимия . 138 (2): 416–420. дои : 10.1016/0003-2697(84)90831-5 . ISSN   0003-2697 . ПМИД   6742419 .
  12. ^ Сенезе Ф (20 сентября 2005 г.). «Как кофе без кофеина?» . Общая химия онлайн . Проверено 3 августа 2009 г.
  13. ^ Биннеманс, Коэн (2007). «Лантаноиды и актиниды в ионных жидкостях» . Химические обзоры . 107 (6): 2592–2614. дои : 10.1021/cr050979c . ISSN   0009-2665 . ПМИД   17518503 .
  14. ^ Оборудование для экстракции жидкость-жидкость , Джек Д. Лоу и Терри А. Тодд, Национальная лаборатория Айдахо.
  15. ^ Джеймс А. Кент, изд. (2003). Справочник Ригеля по промышленной химии (10-е изд.). Спрингер. дои : 10.1007/0-387-23816-6 . ISBN  978-0-306-47411-8 .
  16. ^ Шольц, Ф.; С. Коморский-Ловрич; М. Ловрик (февраль 2000 г.). «Новый доступ к энергиям Гиббса переноса ионов через границу раздела жидкость | жидкость и новый метод изучения электрохимических процессов на четко определенных трехфазных переходах». Электрохимические коммуникации . 2 (2): 112–118. дои : 10.1016/S1388-2481(99)00156-3 .
  17. ^ де Нэмор, Анджела Ф. Данил; Хилл, Тони; Сигстад, Элизабет (1983). «Свободные энергии перехода электролитов 1:1 от воды к нитробензолу. Распределение ионов в системе вода + нитробензол» . Журнал Химического общества, Транзакции Фарадея 1: Физическая химия в конденсированных фазах . 79 (11): 2713. doi : 10.1039/f19837902713 . ISSN   0300-9599 .
  18. ^ замани, Дариуш. «Операция по извлечению» .
  19. ^ Пекер, Хуля; Шринивасан, член парламента; Смит, Дж. М.; Маккой, Бен Дж. (1992). «Степень экстракции кофеина из кофейных зерен сверхкритическим диоксидом углерода». Журнал Айше . 38 (5): 761–770. дои : 10.1002/aic.690380513 . ISSN   0001-1541 .
  20. ^ Эмден, Лоренцо (6 июля 2012 г.). «Декофеинизация 101: четыре способа декофеинизировать кофе» . Конфиденциальная информация о кофе . Проверено 29 октября 2014 г.
  21. ^ Эвартс, Холли (6 мая 2019 г.). «Радикальное опреснение может разрушить водную отрасль» . Колумбия Инжиниринг . Проверено 24 января 2021 г.
  22. ^ Рейес-Лабарта, JA; Олайя, ММ; Гомес, А.; Марсилла, А. (1999). «Новый метод экстракции четвертичных систем жидкость-жидкость от тарелки к конструкции тарелки». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 38 (8): 3083–3095. дои : 10.1021/ie9900723 .
  23. ^ Рейес-Лабарта, JA; Гроссманн, IE (2001). «Модели дизъюнктивного программирования для оптимального проектирования многоступенчатых экстракторов жидкость-жидкость и последовательностей разделения». Журнал Айше . 47 (10): 2243–2252. дои : 10.1002/aic.690471011 .
  24. ^ Рейес-Лабарта, JA; Олайя, ММ; Веласко, Р.; Серрано, доктор медицины; Марсилла, А. (2009). «Корреляция данных о равновесии жидкость-жидкость для конкретных тройных систем с одной или двумя частично смешивающимися бинарными подсистемами». Жидкостно-фазовые равновесия . 278 (1–2): 9–14. дои : 10.1016/j.fluid.2008.12.002 .
  25. ^ Марсилла, А.; Рейес-Лабарта, JA; Серрано, доктор медицины; Олайя, ММ (2011). «Модели GE и алгоритмы для регрессии данных конденсированного фазового равновесия в тройных системах: ограничения и предложения» . Открытый журнал термодинамики . 5 : 48–62. дои : 10.2174/1874396X01105010048 . HDL : 10045/19865 .
  26. ^ Марсилла, Антонио; Рейес-Лабарта, Хуан А.; Олайя, М.Мар (2017). «Следует ли доверять всем опубликованным параметрам корреляции LLE в фазовых равновесиях? Необходимость их оценки перед публикацией». Жидкостно-фазовые равновесия . 433 : 243–252. дои : 10.1016/j.fluid.2016.11.009 . hdl : 10045/66521 .
  27. ^ Лабарта, Хуан А.; Олайя, Мария дель Мар; Марсилла, Антонио (27 ноября 2015 г.). «Графический интерфейс пользователя (GUI) для анализа поверхностей энергии Гиббса, включая соединительные линии LL и матрицу Гессе» . Университет Аликанте . hdl : 10045/51725 .
  28. ^ Адамо, Андреа; Хайдер, Патрик Л.; Вираноппанант, Нопфон; Йенсен, Клавс Ф. (2013). «Мембранный сепаратор жидкость-жидкость со встроенным контролем давления» (PDF) . Исследования в области промышленной и инженерной химии . 52 (31): 10802–10808. дои : 10.1021/ie401180t . hdl : 1721.1/92770 . ISSN   0888-5885 .
  29. ^ Маккензи, Мердок. «Извлечение некоторых основных металлов растворителем» (PDF) . Когнис ГмбХ. Архивировано из оригинала (PDF) 4 января 2010 г. Проверено 18 ноября 2008 г.
  30. ^ Патель, Мадхав; Карамалидис, Афанасиос К. (май 2021 г.). «Германий: обзор спроса, использования, ресурсов, химии и технологий разделения на него в США» . Технология разделения и очистки . 275 : 118981. doi : 10.1016/j.seppur.2021.118981 . ISSN   1383-5866 .
  31. ^ Филиз, М.; Саяр, Н.А.; Саяр, А.А. (2006). «Экстракция кобальта(II) из водных растворов соляной кислоты смесями аламин 336 – м-ксилол». Гидрометаллургия . 81 (3–4): 167–173. Бибкод : 2006HydMe..81..167F . doi : 10.1016/j.гидромет.2005.12.007 . ISSN   0304-386X .
  32. ^ Баба, Ёсинари; Ивакума, Минако; Нагами, Хидето (2002). «Механизм экстракции меди (II) оксимом 2-гидрокси-4-н-октилоксибензофенона». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 41 (23): 5835–5841. дои : 10.1021/ie0106736 . ISSN   0888-5885 .
  33. ^ Санчес, Дж. М.; Идальго, М.; Сальвадо, В.; Валиенте, М. (1999). «Экстракция неодима (III) на следовом уровне ди(2-этилгексил)фосфорной кислотой в гексане». Сольвентная экстракция и ионный обмен . 17 (3): 455–474. дои : 10.1080/07366299908934623 . ISSN   0736-6299 .
  34. ^ Ли В. Джон. «Потенциальный процесс восстановления никеля / кобальта» . BioMetallurgical Pty Ltd. Архивировано из оригинала 26 сентября 2008 г. Проверено 31 марта 2006 г.
  35. ^ «Аффинаж драгоценных металлов методом экстракции растворителями» . Химия и технология производства драгоценных металлов Халвакс . Проверено 18 ноября 2008 г.
  36. ^ Гиридхар, П.; Венкатесан, Калифорния; Шринивасан, Т.Г.; Васудева Рао, PR (2006). «Экстракция палладия деления Аликватом 336 и электрохимические исследования по прямому извлечению из ионной жидкой фазы». Гидрометаллургия . 81 (1): 30–39. Бибкод : 2006HydMe..81...30G . doi : 10.1016/j.гидромет.2005.10.001 . ISSN   0304-386X .
  37. ^ Шульц, Уоллес В.; Шифельбейн, Гэри Ф.; Брунс, Лестер Э. (1969). «Пирохимическое извлечение полония из облученного металлического висмута». Индийский англ. хим. Процесс Дез. Дев . 8 (4): 508–515. дои : 10.1021/i260032a013 .
  38. ^ К. Такешита; К. Ватанабэ; Ю. Накано; М. Ватанабэ (2003). «Экстракционное разделение Cd (II) и Zn (II) с помощью фосфорорганического экстрагента D2EHPA и водного азотодонорного лиганда TPEN». Гидрометаллургия . 70 (1–3): 63–71. Бибкод : 2003HydMe..70...63T . дои : 10.1016/s0304-386x(03)00046-x .
  39. ^ Вессельборг, Тобиас; Виролайнен, Сами; Сайнио, Туомо (01.06.2021). «Извлечение лития из выщелачивающих растворов аккумуляторных отходов методом прямой экстракции растворителем ТБФ и FeCl3» . Гидрометаллургия . 202 : 105593. Бибкод : 2021HydMe.20205593W . doi : 10.1016/j.гидромет.2021.105593 . ISSN   0304-386X . S2CID   233662976 .
  40. ^ Лу, Джуннан; Стивенс, Джефф В.; Мамфорд, Кэтрин А. (1 декабря 2021 г.). «Разработка модели гетерогенного равновесия для экстракции лития растворителем с использованием органофосфиновой кислоты» . Технология разделения и очистки . 276 : 119307. doi : 10.1016/j.seppur.2021.119307 . ISSN   1383-5866 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Liquid–liquid_extraction&oldid=1233500127"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 03a39261825c742fff1b37055cda0256__1720514880
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/03/56/03a39261825c742fff1b37055cda0256.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Liquid–liquid extraction - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)