基于可逆络合反应的萃取技术_极性有机物稀溶液的分离_戴猷元

化工进一展1991年基于可逆络合反应的萃取技术—极性有机物稀溶液的分离戴袱元徐丽莲杨义燕嫡丽巴哈(清华大学化学工程系非京,10084)·本文介绍了基于可逆络合反应分离极性有机稀溶液的萃取伎术,分析了这类过程的特点,并结合典型体系概述了这种技术的研究现状。一、概述随着现代化学工业的发展,特别是各类产品的深度加工、资源的综合利用、环境治理的严格标准等,都带来了多样化产品分离和高纯物质提纯的任务。这些任务中,有许多属于有机物稀溶液分离的围畴。近年来,研究基于可逆络合反应的有机物稀溶液的萃取分离方法,已经成为化工分离技术开发的一个重要方面。萃取分离可以分为物理萃取和化学萃取两大类。物理萃取基本上是不涉及化学反应的物质传递过程。它利用溶质在两种互不相榕的液相中不同的分配关系将其分离开来。这种萃取技术在石油化工、精细化工、制药工业及食品工业中得到了广泛的应用。与物理萃取不同,对于许多液液萃取体系,特别是若干金属的溶剂萃取体系,其过程多伴有化学反应,即存在溶质与萃取剂之间的化学作用。这类过程是伴有化学反应的传质过程,一般称作化学萃取。依据“相似相溶规则”,在不形成化合物的条件下,两种物质的分子大小与组成结构愈相似,·他们之间的相互溶解度就愈大。选择物理萃取的适宜的萃取剂往往首先要依靠这一原则。然而,这样选择得到的萃取剂表1笨珊在水相和苹取荆中的分配系数(25七)萃取剂水中溶解度wt%相平衡分配系数K口二乙基酮异戊醇乙酸丁醋甲基环己醇异丙醚二氯乙烷四氯乙烷苯甲苯三氛乙烯四氛化碳四氛乙烯自环己烷正己烷3。22。41。21。O0。90。820。320。1780.050.1O。0830。0150。00550.0009594。537。271。051。629。0刁。382。762。31。971。030。4770。4050。1590.132K`有机相溶质浓度,,g/L岁水相溶质浓度,mg/L。对于极性有机物水溶液的分离常常是不理想的。我们可以从表1〔,’中列出的有关数据发现这里存在的问题。不难看出,由于苯酚和水都是极性物质,故选择分配系数大的溶剂作萃取剂时,该溶剂在水中的溶解度也大。这无疑将在工艺过程中带来较大量的溶剂流失、二次污染或加重残液脱溶剂的负荷。这类问题在有机物稀溶液的分离过程中当然会DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.1991.01.007第1期化工进展更为明显。为了更好地解决有机物稀溶液的分离问题,研究者们开展了大量的工作,提出了基于可逆络合反应的萃取分离方法。本文将集中介绍这类方法的主要特征,并结合几个典型体系概述其研究状况。二、过程特征基于可逆络合反应的萃取分离方法(下简称络合萃取法)对于极性有机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性。在这类工艺过程中,稀溶液中待分离溶质与含有络合剂的萃取溶剂相接触,络合剂与待分离溶质反应形成络合物,并使其转移至萃取相内。第二步则是进行逆向反应使溶质得以回收,萃取溶剂循环使用。相间发生的络合反应可以用下述简单的平衡式加以描述:溶质+”·络合剂二二浇络合物其平衡常数为:化学计量限度一一一甲二二二二二二妊沈侧唱理澎褥农币水相溶质浓度图1络合萃取的典型相平衡关系〔络合物〕〔溶质〕〔络合物〕”如果式中。=1,且假设非络合的溶质在料液相与萃取相之间线性分配,我们可以获得如图1所示的典型的相平衡关系曲线〔“,。十分明显,利用通常的萃取平衡分配系数为参数进行比较,络合萃取法在低溶质浓度下可以提供非常高的分配系数值,而溶质的浓度越高,络合剂就越接近化学计量饱和。因此,络合萃取法对于有机物稀溶液的分离是很有吸引力的方法。此外,由于溶质的分离取决于络合反应,络合反应是络合剂与具有特殊官能团的溶质之间发生的,所以,络合萃取法的另,一个突出特点复它的选择性。针对上述特点,如何选择络合萃取法的分离对象,如何选定络合剂,如何选定稀释剂,如何选择溶质回收和萃取溶剂再生的方法,是需要解决的技术问题,是络合萃取法得以实施的关键。1。分离体系采用络合萃取方法,待分离的有机物溶液一般应具有以下特性。(1)待分离溶质一般带有Lewis酸或Lewis碱官能团,参与和络合剂的络合反应。(2)分离体系应是稀溶液,即一般待分离溶质的浓度小于5%(wt)。此时采用络合萃取法有更大的优势。(’3)待分离溶质多为亲水物质,在水中有较小的活度系数。如是,采用一般的物理萃取方法是难以奏效的。络合能提供一个非常低的有机相活度系数,使两相平衡分配系数可达到相当大的数值,使分离过程得以完成。2.苹取溶荆.络合萃取法中使用的萃取溶剂一般由络合剂和稀释剂组成。络合剂的选择应遵循:(1)络合剂应具有相应的官能团,与待分离溶质的络合键能应足够大,便于形成络合物,实现相转移;这种络合键能应相对较低,使络合物容易完成第二步逆向反应,且使络合剂容易再生。(2)