协同萃取

更新时间:2022-08-25 13:39

协同萃取(synergetic solvent extraction),用两种或两种以上萃取剂组成的混合萃取剂萃取某一金属离子或化合物,并且其萃取率显著大于单独使用一种萃取剂的萃取率的溶剂萃取方法,从20世纪60年代以后,协同萃取便用于工业生产。

介绍

用两种或两种以上萃取剂组成的混合萃取剂萃取某一金属离子或化合物的萃取率,显著大于单独使用一种萃取剂的萃取率的溶剂萃取方法。当E协>E加和(E协为协同萃取的萃取率,E加和为每种萃取剂单独使用时的萃取率之和)时为协同萃取,当E协≈E加和时为非协同萃取,而当E协

还有一类只含有一种萃取剂,却含有两种或两种以上稀释剂的萃取体系,这种萃取体系也具有协同萃取效应。称这种体系为稀释剂协同体系。

在1954年,有人发现TTA与TBP的苯溶液对镨和钕的萃取率有显著增大现象,但这一现象当时并没有引起人们的重视。1956年布莱克 (Blake) 在研究DEHPA从硫酸溶液中萃取铀和各种破乳剂时,发现TBP在硫酸溶液中几乎不萃取铀。但将它添加到二(2-乙基己基)磷酸(DEHPA,P204)的煤油溶液中,不但能消除第三相,而且可使铀的萃取率增大若干倍。对此,布莱克等人提出了协同萃取的概念,称这种现象为协同萃取效应,从20世纪60年代以后,协同萃取便用于工业生产。

分类

协同萃取体系颇为复杂,分类方法也不尽相同,分为二元异类协同萃取体系、二元同类协同萃取体系、三元同类协同萃取体系和稀释剂协同萃取体系四类。稀释剂协同萃取体系,一般由一种萃取剂和两种稀释剂组成。对这类协同萃取体系研究不多,应用也少,故实际上可将协同萃取体系分为二元异类协同萃取体系,二元同类协同萃取体系和三元同类协同萃取体系三类。

二元异类协同萃取体系 又称二元协同萃取体系,是由两种不同类型的萃取剂组成协同萃取体系,可分为AB、AC、BC三类,其中被研究最多的是AB类协同萃取体系。AB类协同萃取体系的萃取剂之一是弱酸的螯合萃取剂如HTTA、HDEHPA等,另一是中性配合萃取剂如TBP、TBPO(三辛基氧化膦)等。由于前者与金属离子生成中性螯合物,但金属离子的配位数尚未饱和,故能进一步与TBP配合生成电中性的、配位数又饱和的稳定的萃取配合物,因而使萃取率大为提高。

二元同类协同萃取体系 由两种同类型萃取剂组成的协同萃取体系,可分为A1A2、B1B2、C1C2三类。如,中性配合二元协同萃取体系,两种萃取剂都是中性的,与中性金属化合物形成中性萃取配合物。这种体系生成的萃取配合物有UO2 (NO3)2·2TBP、UO2 (NO3)2· (C6H5)2SO和UO2 (NO3)2·TBP·(C6H5)2SO三种,最后一种属协萃配合物。

三元同类协同萃取体系 由三种萃取剂组成的协同萃取体系,可分为ABC、A1A2B或AB1B2、A1A2C或AC1C2、B1B2C或BC1C2等类。三元同类协同萃取体系萃取的实例不多,对这类体系的机理研究也较少。在萃取中有时加入第三种萃取剂,主要是为了避免生成第三相。有利于分相和提高萃取率。

机理

一般认为E协>E加和的主要原因是由于在协同萃取体系中生成了更为稳定的含有多种配位体的配合物,这种配合物油溶性增大,因此,能显著增高萃取率。

在协同萃取中,多种配位体的配合物形成过程可有几种不同的情况,例如在AB类协同萃取体系中存在:(1)由MeAn·xH2O变为MeAn·xB或MeAn·(x-1) B·H2O;(2)由MeAn·xHA变为MeAn·xB;(3)由MeAn变为MeAn·xB三种情况。

(1)螯合萃取剂单独萃取时,萃取配合物为MeA·xH2O;当添加中性萃取剂后,配合物变为MeAn·xB或MeAn·(x-1) B·H2O。由于配合物中配位水分子全部或部分被中性萃取剂分子所取代,因而亲水性减弱,油溶性增强。

(2)螯合萃取剂单独萃取时,萃取配合物为MeAn·xHA;添加中性萃取剂后,配合物变为MeAn·xB。由于MeAn·xB比MeAn·xHA更为稳定,因而能提高萃取率。

(3)螯合萃取剂单独萃取时,萃取配合物为MeAn,此时,金属离子Me的配位数已饱和;添加中性萃取剂后,由于中性萃取剂成键能力强,把MeAn中的螯环打开,形成MeAn·xB形式的配合物。这种配合物油溶性更大,因而能提高萃取率。

应用

协同萃取在湿法冶金中已得到了工业应用,例如工业上普遍采用P204与TBP在硫酸介质中萃取UO2;工业上用P204+TBP协同萃取铈(IV)、铁及钍;工业上用P204+YW100 (一种异羟肟酸)分段萃取锗及镓等,今后协同萃取体系在工业上的应用还会扩大。

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