污染控制化學(xué)課件1

絮凝劑在使用過程中有哪些基本原理？無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑各自具有哪些重要性質(zhì)？絮凝劑有哪些類型？

何謂同向絮凝和異向絮凝？思考題：思考題：1分配比D與醋酸在有機(jī)相和水相中的反應(yīng)直接有關(guān)分配比D與醋酸在有機(jī)相和水相中的反應(yīng)直接有關(guān)2■萃取百分率（E%）

■萃取百分率（E%）3E可直接表示有多少比例的物質(zhì)被萃??；E由分配比、相比決定，D、R越大，萃取越好。其中：R為相比E可直接表示有多少比例的物質(zhì)被萃?。黄渲校篟為相比4當(dāng)R=1時，一次萃取達(dá)到平衡時有：●■

萃取交變曲線（分配比與萃取率的關(guān)系曲線）

實際上反映的是當(dāng)R固定時分配比與萃取率的關(guān)系。當(dāng)R=1時，一次萃取達(dá)到平衡時有：●■萃取交變曲線（分配5◆萃取完全程度及其實際意義對于分配比D小的萃取體系，一次萃取率很低，如在R=1時，D=1時，一次萃取率E只有50%。

根據(jù)

欲使E%=99%，D必須為99。在D較低時，為了提高其萃取率，可以采用多次萃取的方法?！糨腿⊥耆潭燃捌鋵嶋H意義6例：在室溫時，碘在CCl4和水中的分配比為85（此處可將分配比看成分配系數(shù)），即達(dá)到平衡時碘在CCl4中的濃度是水中的85倍。設(shè)在100ml水中含有0.200g碘，用50mlCCl4萃取，假設(shè)第一次萃取后,在100ml水中留下X1g碘，則根據(jù)分配定律，有例：在室溫時，碘在CCl4和水中的分配比為7從X1可知，通過第一次萃取，水溶液中剩下4.6mg碘，即有98%的碘被萃取了。從X1可知，通過第一次萃取，水溶液中剩下4.8把第一次含有碘的CCl4分離后，再加50mlCCl4萃取，設(shè)第二次萃取后留在水中的碘量為X2g，則可見經(jīng)兩次萃取后，被萃取出的碘占原碘量為(0.200–0.00016)/0.200=99.9(%)，即碘定量地由水中萃取出來。把第一次含有碘的CCl4分離后，再加50m9上例中，有意將100ml的CCl4分兩次使用。如果將100ml的CCl4一次使用，即R=1。根據(jù)結(jié)果E=98.8%，若E=99.0%以上才算定量萃取，說明將100ml的CCl4一次使用將不能到達(dá)定量分離的目的。上例中，有意將100ml的CCl4分兩次使用10

從3-16式可以計算出對于總量為a的溶質(zhì)，在相比和分配比不變的情況下，經(jīng)過n次萃取后，溶質(zhì)在水相中最終殘余量為Xn。實際上，可以推出：從3-16式可以計算出對于總量為a的溶質(zhì)，在11表3-1不同萃取次數(shù)后溶質(zhì)在水相中所占的百分比（R=1）萃取次數(shù)0123…910D1100502512.5…0.1950.0981010090.80.071001000.1注：圈中數(shù)據(jù)表示的E≥99.9%表3-1不同萃取次數(shù)后溶質(zhì)在水相中所占的百分比（R=112◆萃取的選擇性及分離系數(shù)在一個體系中，有時不僅存在一種物質(zhì)，還可能存在兩種或兩種以上的物質(zhì)，我們將這些物質(zhì)在萃取中得到分離的程度稱為萃取的選擇性。在實際工作中，往往當(dāng)萃取某種物質(zhì)時，要控制其它物質(zhì)不被萃取，這需知道不同物質(zhì)各自的萃取選擇性，即需要掌握共存物質(zhì)的可以彼此分離的程度。

◆萃取的選擇性及分離系數(shù)13習(xí)慣上將較大的D作為分子，故α愈大，物質(zhì)1與物質(zhì)2愈易分離，萃取劑的選擇性越高。一般用分離系數(shù)α表示兩種物質(zhì)定量萃取分離的效果。分離系數(shù)α是指在同一萃取體系和相同條件下兩種被分離物質(zhì)的分配比之比值?！舴蛛x系數(shù)習(xí)慣上將較大的D作為分子，故α愈大，物質(zhì)1與物質(zhì)2愈易14

D1與D2相近，α值接近于1，物質(zhì)難以通過萃取進(jìn)行分離。通常以E1

≥99%（R=1，D1≥100）

E2

≤1%（R=1，D2≤0.01）定為相互定量分離的標(biāo)準(zhǔn)，即要求分離系數(shù)α≥104

D1與D2相近，α值接近于1，物質(zhì)難以通過15■重金屬的選擇性萃取分離重金屬的萃取分離往往是在其生成有機(jī)螯合物后發(fā)生的，根據(jù)萃取平衡，則有

當(dāng)被分離的二種重金屬離子的電荷數(shù)相等時（即N1=N2）K1為重金屬1在萃取過程中與有機(jī)螯合劑（即有機(jī)試劑或萃取劑）的穩(wěn)定常數(shù)，K2為重金屬2與有機(jī)螯合劑的穩(wěn)定常數(shù)。（無副反應(yīng)）■重金屬的選擇性萃取分離當(dāng)被分離的二種16■

影響萃取過程的動力學(xué)因素(以重金屬的萃取為例）決定萃取平衡快慢因素：（1）可萃取化合物的形成速率；（2）形成的萃取化合物由一相向另一相的轉(zhuǎn)移（或稱傳遞）速率。

■影響萃取過程的動力學(xué)因素(以重金屬的萃取為例）17◆影響萃取平衡快慢的主要因素：

（1）被萃取的化合物類型不同離子鍵化合物、金屬螯合物（2）有機(jī)試劑（往往稱為萃取劑或金屬離子的螯合劑）濃度和性質(zhì)有機(jī)試劑的分配系數(shù)對萃取平衡速率具有影響，分配系數(shù)越大，萃取達(dá)到平衡的時間越長。（3）萃取體系pH（4）有機(jī)溶劑（5）掩蔽劑◆影響萃取平衡快慢的主要因素：183.2重金屬的萃取分離控制■金屬螯合物的萃取萃取曲線：在萃取體系中，其它條件不變的情況下，萃取達(dá)到平衡時，萃取百分率與體系pH的關(guān)系曲線稱為萃取曲線。3.2重金屬的萃取分離控制19◆酸度的影響污染控制化學(xué)課件120或或21表3-2pH、不同電荷數(shù)金屬離子的萃取率E%和其分配比D的關(guān)系（[HA]O=1和R=1）pHN=1N=2N=3N=4E%DE%DE%DE%DpH1/2-1.0pH1/2-0.5pH1/2pH1/2+0.5pH1/2+1.09.124.150.075.990.90.10.321.03.2101.09.150.090.999.00.010.11.010.01000.13.150.096.999.90.0010.0321.0321030.011.050.099.099.990.00010.011.0100104表3-2pH、不同電荷數(shù)金屬離子的萃取率E%和22污染控制化學(xué)課件123式中β1、β2…為羥基絡(luò)合物的累積穩(wěn)定常數(shù)?！?/p>

水解反應(yīng)的影響如果金屬離子會水解，在水相中有羥基絡(luò)合物M(OH)P形成，則分配比D將按式（3-22）降低?！舾狈磻?yīng)對金屬螯合物分配比的影響可見，萃取曲線的斜率較無副反應(yīng)時低，即這時的萃取率（E%）會下降。式中β1、β2…為羥基絡(luò)合物的累積穩(wěn)定常數(shù)?！羲夥磻?yīng)的影24pH值升高時，有些金屬螯合物在有機(jī)相中的平衡濃度降低，也會使被萃取物的分配比降低。為什么？例如，在雙硫腙濃度為10-4mol/L，Zn的濃度遠(yuǎn)小于10-5mol/L，用雙硫腙-CCl4體系萃取Zn時，如果pH=4，則有99%以上的Zn被萃??；但在pH=14時，僅有0.03%的Zn能被萃取。pH值升高時，有些金屬螯合物在有機(jī)相中的平衡25◆絡(luò)合劑的影響與水解反應(yīng)類似◆有機(jī)試劑濃度的影響[HA]O愈高，分配比也就愈大，并且萃取曲線向酸性范圍移動。為什么？

◆絡(luò)合劑的影響26這一萃取過程的三要素：金屬離子、有機(jī)試劑、有機(jī)溶劑這一萃取過程的三要素：金屬離子、有機(jī)試劑、有機(jī)溶劑27重點應(yīng)掌握

▲分配比（D）與萃取常數(shù)（K）的關(guān)系；

▲pH1/2的概念：E=50%時的體系具有的pH值，這是一個特征值；

▲何為“萃取曲線”？

▲pH1/2有何實際意義？重點應(yīng)掌握28◆金屬螯合物溶解度的影響

▲遵循“相似相溶原理”，即化合物溶解性相近者，互相溶解的可能性大。

▲水溶性強(qiáng)的配合物不容易被萃取；▲既溶于水相又溶于有機(jī)相的金屬螯合物只能部分被萃??；▲在適當(dāng)條件下，水溶性螯合物也能被有機(jī)溶劑萃?。ㄇ疤崾禽腿┮胧杷鶊F(tuán)）。◆金屬螯合物溶解度的影響29◆有機(jī)溶劑的影響與協(xié)同效應(yīng)有機(jī)試劑（螯合劑或萃取劑）在有機(jī)溶劑（有機(jī)相主體）中的溶解度愈高，在一定程度上會增加金屬螯合物在有機(jī)相中的分配比?！粲袡C(jī)溶劑的影響與協(xié)同效應(yīng)30▲協(xié)同效應(yīng)用混合萃取劑比用單一萃取劑能獲得更好的萃取效果，這是因為混合萃取劑具有“協(xié)同效應(yīng)”的緣故。兩種或兩種以上萃取劑混合同時萃取某一金屬離子或其化合物時，如其分配比顯著大于兩種或兩種以上萃取劑在相同濃度和條件下各自單獨萃取時的分配比之和，這種萃取效果稱為萃取劑的協(xié)同效應(yīng)。

D協(xié)同>>D1+D2

▲協(xié)同效應(yīng)31◆

協(xié)同效應(yīng)舉例：萃取U(VI)時，可用噻吩甲酰三氟丙酮（HTTA)/環(huán)己烷或三丁基氧化膦(TBPO)/環(huán)己烷

HTTA/環(huán)己烷體系：D1=0.063

TBPO/環(huán)己烷體系：D2=38.5

HTTA-TBPO/環(huán)己烷體系：D協(xié)同=1000◆協(xié)同效應(yīng)舉例：32▲反協(xié)同效應(yīng)：如果混合萃取劑對金屬的萃取分配比顯著小于單獨使用的分配比之和，則稱為“反協(xié)同效應(yīng)”或“對抗效應(yīng)”。

D反協(xié)同<<D1+D2▲反協(xié)同效應(yīng)：33注意：一般而言，協(xié)同效應(yīng)只有當(dāng)萃取劑濃度為10-2~10-1mol/L時才能發(fā)生。如果萃取劑的濃度超過1mol/L，則出現(xiàn)顯著的反協(xié)同效應(yīng)。注意：34◆

其它影響因素：▲

共萃取（效應(yīng)較小，不十分普遍）▲

螯合物穩(wěn)定性的影響螯合物穩(wěn)定性~萃取常數(shù)K~(pH1/2)1.0▲

溫度的影響0.1mol/L8-羥基喹啉/CHCl3萃取Cd時：溫度0℃18℃30℃50℃(pH1/2)4.24.85.25.8◆其它影響因素：溫度0℃18℃30℃50℃(pH1/2)435

試述萃取分配系數(shù)和分配比的異同點。試述萃取百分率與分配比之間的關(guān)系。兩種物質(zhì)發(fā)生定量萃取分離時的選擇系數(shù)怎樣確定？怎樣計算萃取完全程度？影響加速萃取平衡的動力學(xué)因素有哪些？金屬螯合物萃取法中(pH1/2)1.0有何意義？怎樣計算pH1/2和萃取百分率或分配比的關(guān)系？

某金屬離子為+3價，其萃取pH比其pH1/2小0.5個單位，這時其E%是多少？思考題：思考題：36絮凝劑在使用過程中有哪些基本原理？無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑各自具有哪些重要性質(zhì)？絮凝劑有哪些類型？

何謂同向絮凝和異向絮凝？思考題：思考題：37分配比D與醋酸在有機(jī)相和水相中的反應(yīng)直接有關(guān)分配比D與醋酸在有機(jī)相和水相中的反應(yīng)直接有關(guān)38■萃取百分率（E%）

■萃取百分率（E%）39E可直接表示有多少比例的物質(zhì)被萃?。籈由分配比、相比決定，D、R越大，萃取越好。其中：R為相比E可直接表示有多少比例的物質(zhì)被萃取；其中：R為相比40當(dāng)R=1時，一次萃取達(dá)到平衡時有：●■

萃取交變曲線（分配比與萃取率的關(guān)系曲線）

實際上反映的是當(dāng)R固定時分配比與萃取率的關(guān)系。當(dāng)R=1時，一次萃取達(dá)到平衡時有：●■萃取交變曲線（分配41◆萃取完全程度及其實際意義對于分配比D小的萃取體系，一次萃取率很低，如在R=1時，D=1時，一次萃取率E只有50%。

根據(jù)

欲使E%=99%，D必須為99。在D較低時，為了提高其萃取率，可以采用多次萃取的方法?！糨腿⊥耆潭燃捌鋵嶋H意義42例：在室溫時，碘在CCl4和水中的分配比為85（此處可將分配比看成分配系數(shù)），即達(dá)到平衡時碘在CCl4中的濃度是水中的85倍。設(shè)在100ml水中含有0.200g碘，用50mlCCl4萃取，假設(shè)第一次萃取后,在100ml水中留下X1g碘，則根據(jù)分配定律，有例：在室溫時，碘在CCl4和水中的分配比為43從X1可知，通過第一次萃取，水溶液中剩下4.6mg碘，即有98%的碘被萃取了。從X1可知，通過第一次萃取，水溶液中剩下4.44把第一次含有碘的CCl4分離后，再加50mlCCl4萃取，設(shè)第二次萃取后留在水中的碘量為X2g，則可見經(jīng)兩次萃取后，被萃取出的碘占原碘量為(0.200–0.00016)/0.200=99.9(%)，即碘定量地由水中萃取出來。把第一次含有碘的CCl4分離后，再加50m45上例中，有意將100ml的CCl4分兩次使用。如果將100ml的CCl4一次使用，即R=1。根據(jù)結(jié)果E=98.8%，若E=99.0%以上才算定量萃取，說明將100ml的CCl4一次使用將不能到達(dá)定量分離的目的。上例中，有意將100ml的CCl4分兩次使用46

從3-16式可以計算出對于總量為a的溶質(zhì)，在相比和分配比不變的情況下，經(jīng)過n次萃取后，溶質(zhì)在水相中最終殘余量為Xn。實際上，可以推出：從3-16式可以計算出對于總量為a的溶質(zhì)，在47表3-1不同萃取次數(shù)后溶質(zhì)在水相中所占的百分比（R=1）萃取次數(shù)0123…910D1100502512.5…0.1950.0981010090.80.071001000.1注：圈中數(shù)據(jù)表示的E≥99.9%表3-1不同萃取次數(shù)后溶質(zhì)在水相中所占的百分比（R=148◆萃取的選擇性及分離系數(shù)在一個體系中，有時不僅存在一種物質(zhì)，還可能存在兩種或兩種以上的物質(zhì)，我們將這些物質(zhì)在萃取中得到分離的程度稱為萃取的選擇性。在實際工作中，往往當(dāng)萃取某種物質(zhì)時，要控制其它物質(zhì)不被萃取，這需知道不同物質(zhì)各自的萃取選擇性，即需要掌握共存物質(zhì)的可以彼此分離的程度。

◆萃取的選擇性及分離系數(shù)49習(xí)慣上將較大的D作為分子，故α愈大，物質(zhì)1與物質(zhì)2愈易分離，萃取劑的選擇性越高。一般用分離系數(shù)α表示兩種物質(zhì)定量萃取分離的效果。分離系數(shù)α是指在同一萃取體系和相同條件下兩種被分離物質(zhì)的分配比之比值?！舴蛛x系數(shù)習(xí)慣上將較大的D作為分子，故α愈大，物質(zhì)1與物質(zhì)2愈易50

D1與D2相近，α值接近于1，物質(zhì)難以通過萃取進(jìn)行分離。通常以E1

≥99%（R=1，D1≥100）

E2

≤1%（R=1，D2≤0.01）定為相互定量分離的標(biāo)準(zhǔn)，即要求分離系數(shù)α≥104

D1與D2相近，α值接近于1，物質(zhì)難以通過51■重金屬的選擇性萃取分離重金屬的萃取分離往往是在其生成有機(jī)螯合物后發(fā)生的，根據(jù)萃取平衡，則有

當(dāng)被分離的二種重金屬離子的電荷數(shù)相等時（即N1=N2）K1為重金屬1在萃取過程中與有機(jī)螯合劑（即有機(jī)試劑或萃取劑）的穩(wěn)定常數(shù)，K2為重金屬2與有機(jī)螯合劑的穩(wěn)定常數(shù)。（無副反應(yīng)）■重金屬的選擇性萃取分離當(dāng)被分離的二種52■

影響萃取過程的動力學(xué)因素(以重金屬的萃取為例）決定萃取平衡快慢因素：（1）可萃取化合物的形成速率；（2）形成的萃取化合物由一相向另一相的轉(zhuǎn)移（或稱傳遞）速率。

■影響萃取過程的動力學(xué)因素(以重金屬的萃取為例）53◆影響萃取平衡快慢的主要因素：

（1）被萃取的化合物類型不同離子鍵化合物、金屬螯合物（2）有機(jī)試劑（往往稱為萃取劑或金屬離子的螯合劑）濃度和性質(zhì)有機(jī)試劑的分配系數(shù)對萃取平衡速率具有影響，分配系數(shù)越大，萃取達(dá)到平衡的時間越長。（3）萃取體系pH（4）有機(jī)溶劑（5）掩蔽劑◆影響萃取平衡快慢的主要因素：543.2重金屬的萃取分離控制■金屬螯合物的萃取萃取曲線：在萃取體系中，其它條件不變的情況下，萃取達(dá)到平衡時，萃取百分率與體系pH的關(guān)系曲線稱為萃取曲線。3.2重金屬的萃取分離控制55◆酸度的影響污染控制化學(xué)課件156或或57表3-2pH、不同電荷數(shù)金屬離子的萃取率E%和其分配比D的關(guān)系（[HA]O=1和R=1）pHN=1N=2N=3N=4E%DE%DE%DE%DpH1/2-1.0pH1/2-0.5pH1/2pH1/2+0.5pH1/2+1.09.124.150.075.990.90.10.321.03.2101.09.150.090.999.00.010.11.010.01000.13.150.096.999.90.0010.0321.0321030.011.050.099.099.990.00010.011.0100104表3-2pH、不同電荷數(shù)金屬離子的萃取率E%和58污染控制化學(xué)課件159式中β1、β2…為羥基絡(luò)合物的累積穩(wěn)定常數(shù)?！?/p>

水解反應(yīng)的影響如果金屬離子會水解，在水相中有羥基絡(luò)合物M(OH)P形成，則分配比D將按式（3-22）降低?！舾狈磻?yīng)對金屬螯合物分配比的影響可見，萃取曲線的斜率較無副反應(yīng)時低，即這時的萃取率（E%）會下降。式中β1、β2…為羥基絡(luò)合物的累積穩(wěn)定常數(shù)。◆水解反應(yīng)的影60pH值升高時，有些金屬螯合物在有機(jī)相中的平衡濃度降低，也會使被萃取物的分配比降低。為什么？例如，在雙硫腙濃度為10-4mol/L，Zn的濃度遠(yuǎn)小于10-5mol/L，用雙硫腙-CCl4體系萃取Zn時，如果pH=4，則有99%以上的Zn被萃??；但在pH=14時，僅有0.03%的Zn能被萃取。pH值升高時，有些金屬螯合物在有機(jī)相中的平衡61◆絡(luò)合劑的影響與水解反應(yīng)類似◆有機(jī)試劑濃度的影響[HA]O愈高，分配比也就愈大，并且萃取曲線向酸性范圍移動。為什么？

◆絡(luò)合劑的影響62這一萃取過程的三要素：金屬離子、有機(jī)試劑、有機(jī)溶劑這一萃取過程的三要素：金屬離子、有機(jī)試劑、有機(jī)溶劑63重點應(yīng)掌握

▲分配比（D）與萃取常數(shù)（K）的關(guān)系；

▲pH1/2的概念：E=50%時的體系具有的pH值，這是一個特征值；

▲何為“萃取曲線”？

▲pH1/2有何實際意義？重點應(yīng)掌握64◆金屬螯合物溶解度的影響

▲遵循“相似相溶原理”，即化合物溶解性相近者，互相溶解的可能性大。

▲水溶性強(qiáng)的配合物不容易被萃?。弧热苡谒嘤秩苡谟袡C(jī)相的金屬螯合物只能部分被萃??；▲在適當(dāng)條件下，水溶性螯合物也能被有機(jī)溶劑萃?。ㄇ疤崾禽腿┮胧杷鶊F(tuán)）?！艚饘衮衔锶芙舛鹊挠绊?5◆有機(jī)溶劑的影響與協(xié)同效應(yīng)有機(jī)試劑（螯合劑或萃取劑）在有機(jī)溶劑（有機(jī)相主體）中的溶解度愈高，在一定程度上會增加金屬螯合物在有機(jī)相中的分配比?！粲袡C(jī)溶劑的影響與協(xié)同效應(yīng)66▲協(xié)同效應(yīng)用混合萃取劑比用單一萃取劑能獲得更好的萃取