萃取劑性能

萃取劑的性能是由其結(jié)構(gòu)決定的，作為萃取劑的有機(jī)試劑必須具備兩個(gè)條件：(1)萃取劑分子中至少有一個(gè)功能基，通過(guò)它與金屬離子結(jié)合生成萃合物，常見的萃取功能基是O、N、P、S等原子。這些原子都有孤對(duì)電子，是電子給予體，也叫做配位原子。在萃取劑中以氧原子為功能基的最多；(2)萃取劑分子中必須有相當(dāng)長(zhǎng)的碳鏈或苯環(huán)，長(zhǎng)的碳鏈或苯環(huán)使萃取劑及萃合物具有易溶于有機(jī)相而難溶于水相的性質(zhì)。但碳鏈過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使萃取劑的粘度增大或成為固體，而不宜用作萃取劑。萃取劑的相對(duì)分子質(zhì)量 一般在350～500的范圍內(nèi)。

萃取劑的種類繁多，沒(méi)有統(tǒng)一的分類方法。鑒于它是一類有機(jī)化合物，因此，通常根據(jù)質(zhì)子理論按有機(jī)化合物酸堿性的劃分，分為中性萃取劑，酸性萃取劑和堿性萃取劑；此外，有一類萃取劑多數(shù)為質(zhì)子酸，通常具有螯合劑的性質(zhì)故歸屬為螯合萃取劑。

醇、醚、酮、酯、酰胺、硫醚、亞砜和冠醚等中性有機(jī)化合物屬中性萃取劑。在這一類的酯中還包括羧酸酯（如乙酸乙酯）和磷（膦）酸脂（如磷酸三丁脂），它們?cè)谒幸话愣汲手行浴?

羧酸、磺酸和有機(jī)磷（膦）酸等屬酸性萃取劑，它們?cè)谒谐尸F(xiàn)酸性，可電離出氫離子。

伯胺、仲胺、叔胺和季胺等屬堿性萃取劑，這些有機(jī)胺在水中能加合氫離子，顯示堿性，其堿性一般強(qiáng)于無(wú)機(jī)氨，而季胺則有強(qiáng)堿性質(zhì)。

螯合萃取劑是一類在萃取劑分子中同時(shí)含有兩個(gè)或兩個(gè)以上配位原子（或官能團(tuán)），可與中央離子形成螯環(huán)的有機(jī)化合物。如羥肟類化合物的分子中同時(shí)含有羥基（-OH）和肟基（=NOH）。再如8-羥基喹啉及其衍生物（Kelex100等）的分子中，同時(shí)含有酸性的酚羥基和堿性的氮原子。

中性萃取劑可細(xì)分為中性含氧萃取劑、中性含磷萃取劑、中性含硫萃取劑及酰胺類萃取劑。

萃取劑中性含氧萃取劑

中性含氧萃取劑主要是指醇(ROH)、醚 (ROR′)、酮 (RCOR′) 和酯 (RCOOR′)類化合物。萃取劑配位體氧原子的電子密度和分子的偶極矩是決定這類萃取劑萃取能力的主要因素。因此，它們的萃取能力隨著其路易斯堿性的增強(qiáng)而增大。在醇、醚、酮、酯四類化合物中，只有醇分子中含有-OH。由于-OH的存在，使得醇分子間生成氫鍵而發(fā)生自身的締合作用，具有比其他三類中性萃取劑都高的沸點(diǎn)。中性含氧萃取劑都含有氧原子，故它們可以與水分子發(fā)生氫鍵締合作用，在水中有 一定的溶解度。醇、醚、酮和酯在濃的強(qiáng)酸中能生成鹽，這類鹽陽(yáng)離子不僅可與無(wú)機(jī)酸根結(jié)合，也可以與金屬配陰離子結(jié)合，使其能萃取許多物質(zhì)。這類萃取劑能萃取金屬的更主要原因是它們可與金屬生成配合物進(jìn)入有機(jī)相而被萃取。

萃取劑中性含磷萃取劑

中性含磷萃取劑是指正磷酸分子中 三個(gè)羥基完全被酯化或被取代后的化合物。凡是烴基直接與磷原子相連者，即凡具有碳磷鍵 (C-P)的稱為膦某，而凡不含碳磷鍵者，則稱為磷某。在這類萃取劑上含有磷?；?≡P=O)，它是起萃取作用的官能團(tuán)。

中性含磷萃取劑與水分子締合而生成締合物，又因磷?；踉右材芴峁┕聦?duì)電子與質(zhì)子結(jié)合生成鹽。中性含磷萃取劑形成的離子能與金屬配陰離子結(jié)合成為鹽而萃取進(jìn)入有機(jī)相。這類萃取劑還可通過(guò)磷?；难踉优c金屬配位，形成中性配合物而被萃取入有機(jī)相。因?yàn)榱姿狨サ姆€(wěn)定性比膦酸脂差，當(dāng)這類萃取劑長(zhǎng)時(shí)間與無(wú)機(jī)酸接觸時(shí)會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)。各類無(wú)機(jī)酸對(duì)中性含磷萃取劑水解反應(yīng)影響的大小順序是HI>HBr>HCl>HNO₃>H₂SO₄;此外，隨著溫度及溶液中酸的濃度增高，這類萃取劑的水解速度變大。在中性含磷萃取劑中，隨著分子中烷氧基的減少，烷基的增加，萃取能力增加的次序?yàn)椋?(RO)₃PO 2 2P (O) OR 3PO。烷基的空間效應(yīng)對(duì)該類萃取劑的萃取能力也有影響，一般在烷基碳原子數(shù)目相同的萃取劑中，隨著支鏈的增加，空間位阻增大，萃取能力明顯下降。

萃取劑中性含硫萃取劑

中性含硫萃取劑對(duì)一些貴金屬有很強(qiáng)的萃取能力，而對(duì)它們的選擇萃取性能也較好。根據(jù)皮爾遜(Pearson)的硬軟酸堿原理，萃取劑中作為電子給予體的硫是軟堿，而汞、鉑、鈀、金、銀、鉈、碲等作為電子接受體則是軟酸，按硬軟酸堿原則中硬親硬，軟親軟的規(guī)律，含硫類萃取劑可與貴金屬形成穩(wěn)定的配合物而被萃取入有機(jī)相。因此，中性含硫萃取劑為貴金屬分離的特效萃取劑。

萃取劑酰胺類萃取劑

這類萃取劑最重要的是取代酰胺。酰胺分子中氨基—NH ₂上氫原子被烴基取代后的化合物稱為取代酰胺。取代酰胺中的氨基不呈堿性，這是由于分子中氮原子孤電子對(duì)與羰基=C=O中的π電子形成一個(gè)p-π共軛體系;加之氧的負(fù)電性較大，從而使氮原子的電荷密度降低，而羰基氧原子的電荷密度升高，因此，這類有機(jī)化合物都是中性的化合物。

取代酰胺分子中的羰基氧原子對(duì)氫離子或金屬離子具有較強(qiáng)的配位能力，因此，其配位能力比酮強(qiáng)，比中性含磷萃取劑弱。氧原子上電荷密度增加的順序是RCOR 2<(RO) ₃PO，萃取能力的順序也是如此。在酰胺分子的氮原子上有兩個(gè)氫，氫鍵締合能力較強(qiáng)，故它的水溶性較好，熔點(diǎn)較高，但取代酰胺由于失去了氫鍵締合能力，其水溶性較差，化學(xué)穩(wěn)定性好，這也是一類較好的萃取劑。

萃取劑酸性萃取劑

酸性萃取劑在水中可電離出氫離子而得名。因在萃取中氫原子和水中的金屬陽(yáng)離子進(jìn)行交換，故也稱為液體陽(yáng)離子交換劑。根據(jù)電離常數(shù)K _a的大小，可將酸性萃取劑分為強(qiáng)酸性萃取劑(離解常數(shù)K _a>1)，中強(qiáng)酸性萃取劑(K _a≈10)。和弱酸性萃取劑(K _a≈10)。羧酸和酸性含磷萃取劑是最重要的酸性萃取劑。

萃取劑羧酸

羧酸是一類重要的酸性萃取劑，由于分子間產(chǎn)生締合作用，通常以二聚體形式存在。因K ₂是二聚反應(yīng)產(chǎn)生的常數(shù)，故稱為二聚常數(shù)。羧酸通常都是弱酸，其酸性小于一般無(wú)機(jī)酸而大于碳酸，它可與堿反應(yīng)生成羧酸鹽(金屬皂)。隨著水溶液的pH值升高，羧酸在水中的溶解度增大，萃取時(shí)羧酸與金屬離子進(jìn)行陽(yáng)離子交換反應(yīng)。

萃取劑酸性含磷萃取劑

酸性含磷萃取劑也是主要的酸性萃取劑，可把這類萃取劑看成是磷酸分子中一個(gè)或兩個(gè)羥基被酯化或被烴基取代后的產(chǎn)物。這類萃取劑與羧酸一樣，分子間也能發(fā)生締合作用，呈二聚體存在。它的酸性較強(qiáng)，屬?gòu)?qiáng)酸性萃取劑，萃取金屬時(shí)也發(fā)生陽(yáng)離子交換反應(yīng)。烷基磷(膦)酸的萃取過(guò)程比較復(fù)雜，隨萃取條件不同存在四種形式：(1)當(dāng)水相金屬離子濃度低、有機(jī)相負(fù)載很小時(shí)，二聚體烷基磷酸分子中僅一個(gè)氫離子參加反應(yīng)；(2)若水相金屬離子濃度較高，則烷基磷酸以單體形式與金屬離子發(fā)生交換；(3)當(dāng)水相中某種陰離子對(duì)金屬離子具有很強(qiáng)的配合能力時(shí)，萃取劑陰離子可與這種陰離子一道和金屬陽(yáng)離子形成混合型的配合物而被萃??；(4)由于烷基磷酸的酸式電離與溶液酸度有關(guān)，因此，在高酸度的條件下，烷基磷酸電離受到抑制，這時(shí)烷基磷酸主要以磷?；鹱饔茫c中性含磷萃取劑相似。

含有=P (O) OH基的磷(膦)酸萃取劑與羧酸相同，隨著它的酸性增強(qiáng)，萃取能力增大，萃取能力的順序是：(RO) ₂POOH>(R) (RO) POOH>R ₂POOH。隨著這類萃取劑分子中碳-磷鍵的增加，烷氧基減少，吸電子效應(yīng)隨之削弱，導(dǎo)致pK _a增大，酸性降低，萃取能力隨之下降。

萃取劑堿性萃取劑

堿性萃取劑的萃取反應(yīng)機(jī)理是陰離子交換機(jī)理。屬于這類萃取劑的主要有伯胺、仲胺、叔胺和季胺鹽。伯胺、仲胺分子中含有N—H鍵，分子間可通過(guò)形成N—H……N氫鍵而締合，但叔胺分子間不發(fā)生締合。在有相同碳原子數(shù)的胺中，它們的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)按伯胺、仲胺、叔胺依次降低。伯、仲、叔胺都能與水形成氫鍵N……H—O—H，因此，小分子量的胺易溶于水。隨著胺分子中所含碳原子數(shù)目增加，水溶性降低。相對(duì)分子量為250～600的大分子量的胺在水中溶解度很小，能很好地溶于某些有機(jī)溶劑中，適宜于作萃取劑;分子量大于600的烷基胺大都是固體，在稀釋劑中溶解度小，不宜作萃取劑。

在胺類萃取劑中由于存在氫鍵，分子間會(huì)發(fā)生締合作用，通常發(fā)生的不是雙分子締合而是多分子締合。

各類堿性萃取劑的締合程度既與萃取劑的結(jié)構(gòu)有關(guān)，也和稀釋劑的性質(zhì)有關(guān)。脂肪胺鹽對(duì)硫酸鹽以外陰離子的締合易難順序?yàn)椴符}<仲胺鹽<叔胺鹽<季胺鹽。烴基具有支鏈的仲胺，由于支鏈妨礙形成氫鍵，故締合能力較小。稀釋劑的極性對(duì)堿性萃取劑締合程度的影響規(guī)律是，稀釋劑極性愈小，締合程度愈大。胺與酸生成胺鹽后，如果水相酸濃度高，便會(huì)發(fā)生胺鹽與酸生成1/1的離子締合體的反應(yīng)，這種反應(yīng)稱為胺鹽的加合反應(yīng)。

脂肪胺的堿性比無(wú)機(jī)氨堿性強(qiáng)，這是由于烷基取代脂肪胺的氫后，烷基給電子的誘導(dǎo)效應(yīng)使氨基氮原子上的電荷密度增大的結(jié)果。在水溶液中叔胺堿性小于仲胺，這是由于空間位阻效應(yīng)影響造成的，因三個(gè)烷基對(duì)氨基氮原子的屏蔽效應(yīng)增大，從而阻礙了質(zhì)子和氮原子的接近。

長(zhǎng)鏈胺的堿性強(qiáng)弱順序是伯胺>仲胺>叔胺，對(duì)萃取金屬配陰離子的選擇能力大小的順序是叔胺>仲胺>伯胺。因胺是弱堿，只能在酸性溶液中萃取，而季胺鹽屬?gòu)?qiáng)堿性萃取劑可在酸性、中性乃至堿性溶液中進(jìn)行萃取。

萃取劑螯合萃取劑

濕法冶金中所使用的螯合萃取劑主要是酸性螯合萃取劑，主要有羥酮類萃取劑、羥醛類萃取劑和喹啉類萃取劑。

羥酮類萃取劑和羥醛類萃取劑屬羥肟類化合物。羥肟分子中含有羥基(—OH)和肟基(=C=NOH)，由于羥肟分子結(jié)構(gòu)中具有不能自由旋轉(zhuǎn)的碳-氮雙鍵(C=N)，故存在著順?lè)词疆悩?gòu)體。兩個(gè)羥基在雙鍵同側(cè)的為順式，在異側(cè)的則為反式。順、反二式的含量 一般為1/7左右。羥肟萃取金屬是通過(guò)羥基氧原子及肟基氮原子與金屬離子的螯合作用實(shí)現(xiàn)的。因此只有反式異構(gòu)體才能萃取金屬離子。順式異構(gòu)體中兩個(gè)—OH在同側(cè)，由于形成分子內(nèi)氫鍵而不能萃取金屬。

羥肟苯環(huán)上的羥基能電離出氫離子而顯示酸性，而肟基上的羥基電離出氫離子的能力很弱。含有酚羥基的羥肟的酸性會(huì)增強(qiáng)。羥肟類化合物對(duì)銅金屬離子有較強(qiáng)的螯合能力，因此是銅的萃取劑。Lix63、Lix64N、Lix65N、Lix70N、Lix984等羥酮肟萃取劑對(duì)銅離子有高的選擇性，是銅的特效萃取劑。羥醛肟萃取劑也是銅的特效萃取劑，5-壬基水楊醛肟是這類萃取劑的重要萃取劑，簡(jiǎn)稱為P1或P50，它萃取銅的性能比羥酮肟類萃取劑好。

萃取劑應(yīng)用

從應(yīng)用角度出發(fā)，萃取劑應(yīng)具備的條件是：(1)萃取容量要大，即單位濃度的萃取劑對(duì)被萃取物質(zhì)有較大的萃取能力；(2)選擇性要好，即對(duì)分離的有關(guān)物質(zhì)有較大的分離系數(shù)；(3)化學(xué)穩(wěn)定性好，即萃取劑不易水解，加熱不易分解，能耐酸、堿、鹽、氧化劑或還原劑的作用，對(duì)設(shè)備腐蝕性小，并具有較高的抗輻射能力；(4)水溶性要小而油溶性要大，即在水相中溶解度小，在稀釋劑中溶解度要大，易與水相分層，不生成第三相，不發(fā)生乳化現(xiàn)象；(5)易于反萃取，即改變萃取條件時(shí)，能較易地使被萃取物質(zhì)從有機(jī)相轉(zhuǎn)入到水相；(6)操作安全，即萃取劑無(wú)毒性，無(wú)刺激性，不易燃 （閃點(diǎn)要高），難揮發(fā) （沸點(diǎn)要高，蒸氣壓要小）；(7)容易制備，原料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，但完全具備這些條件的萃取劑是相當(dāng)少的，在選擇萃取劑時(shí)只能綜合考慮，抓住主要問(wèn)題，根據(jù)具體條件來(lái)決定。

已有幾十種萃取劑獲得了應(yīng)用，但得到廣泛應(yīng)用的只有十余種。TBP廣泛使用在萃取鈾上，在萃取鈾的阿梅克斯（Amex）流程中使用胺類萃取劑，達(dá)佩克斯（Dapex）流程則使用DEHPA。三烷基胺還廣泛應(yīng)用于萃取鎢、鉬、錸。烷基磷酸則廣泛應(yīng)用于萃取稀土，鎳、鈷、銦。P507能有效地用來(lái)萃取

萃取劑反萃取

用反萃取劑使被萃取物從負(fù)載有機(jī)相返回水相的過(guò)程。為萃取的逆過(guò)程。反萃取劑主要起破壞有機(jī)相中被萃組分結(jié)構(gòu)的作用，使被萃組分生成易溶于水的化合物，或生成既不溶于水也不溶于有機(jī)相的沉淀。反萃取過(guò)程具有簡(jiǎn)單、便于操作和周期短的特點(diǎn)，是溶劑萃取分離工藝流程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。反萃取可將有機(jī)相中各個(gè)被萃組分逐個(gè)反萃到水相，使被分離組分得到分離;也可一次將有機(jī)相中被萃組分反萃到水相。經(jīng)過(guò)反萃取及所得反萃液經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理后，便得到被分離物的成品。反萃后經(jīng)洗滌不含或少含萃合物的有機(jī)相稱再生有機(jī)相，繼續(xù)循環(huán)使用。濕法冶金常用的反萃取劑主要有無(wú)機(jī)酸如H ₂SO ₄、HNO ₃、HCl及無(wú)機(jī)堿如NaOH、

萃取劑其他學(xué)科定義

萃取劑環(huán)境科學(xué)

萃取過(guò)程中所用的溶劑。要求對(duì)液體或固體混合物中的組分具有選擇性的溶解能力。如果是液液萃取，則還要求不溶或僅稍溶于被萃取的溶液中。萃取常用作廢水處理物理化學(xué)方法之一。將萃取劑投到廢水中，通過(guò)混合傳質(zhì)過(guò)程，水中的溶質(zhì) (污染物) 即溶于萃取劑中，借助比重的不同，將萃取劑與廢水分離，廢水得到一定程度的凈化，而溶質(zhì) (污染物) 可從萃取劑中分離出來(lái)回收利用，萃取劑得到再生可重復(fù)使用。如含酚廢水中的酚和洗毛廢水中的羊毛脂均用萃取劑處理回收。常用的萃取劑有苯、二甲苯、輕焦油、醋酸丁酯、三甲酚磷酸酯、異丙醚等。

萃取劑土木建筑

實(shí)現(xiàn)萃取分離所用的溶劑?？梢允菃谓M分溶劑，也可以用多組分混合溶劑。廢水處理所用萃取劑的條件有：①對(duì)被萃取物有較高的分配系數(shù)，以節(jié)省萃取劑用量，提高萃取效率；②不溶于水或難溶于水，以減少萃取劑的流失；③與水的物理、化學(xué)性質(zhì)有較大區(qū)別，如與水有一定的密度差，通過(guò)重力分離，便于把萃取劑與水分離開;或溶劑-水-溶質(zhì)之間的沸點(diǎn)差別大，便于用蒸餾或蒸發(fā)的方法回收溶劑等；④易于回收與再生；⑤化學(xué)穩(wěn)定性好；⑥無(wú)毒，以免流失的少量萃取劑產(chǎn)生新的有毒廢水。

萃取劑化工過(guò)程

指能夠與被 萃取物質(zhì)結(jié)合，使后者轉(zhuǎn)入其中的化學(xué)試劑。一般要求萃取劑對(duì)混合物中的欲萃組分有較高的萃取能力（即有較高的分配系數(shù)值），有較好的萃取選擇性 （即有較大的分離系數(shù)值），不溶或極少溶于被萃溶液，較高的沸點(diǎn)和閃點(diǎn)，有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，較小的腐蝕性和毒性以及價(jià)廉和容易取得等。萃取劑可用單組分溶劑，也可用多組分混合溶劑。例如用四乙二醇醚、N-甲基吡咯烷酮、 環(huán)丁砜等作萃取劑，從催化重整生成油或加氫精制裂解汽油中提取芳烴；用二 （2-乙基己基磷酸）作萃取劑，用煤油作稀釋劑，用磷酸三丁酯作調(diào)節(jié)劑，從鈾礦石的硫酸浸出液中提取鈾； 用三氯乙烯作萃取劑從咖啡中去除咖啡因等。萃取劑按性能可分為：中性萃取劑，如醇、酮、醚、酯、醛 及烴類； 酸性萃取劑，如羧酸、酸性 磷酸酯等；螯合萃取劑也是酸性萃取劑，與被萃取離子生成螯環(huán)化合物， 釋放出氫離子；胺類萃取劑，如叔胺、季胺鹽。反萃取所用的溶劑，稱為反萃劑，對(duì)有機(jī)液的反萃取，通常用純水或酸、堿、鹽的水溶液。