無(wú)機(jī)合成133的學(xué)習(xí)教案

無(wú)機(jī)合成133的學(xué)習(xí)教案第1頁(yè)/共24頁(yè)第6章分離與純化技術(shù)一、分離與純化技術(shù)概述二、離子交換分離方法三、區(qū)域熔煉四、液膜分離方法第2頁(yè)/共24頁(yè)第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.1分離的定義1.2分離與純化方法分類(lèi)及工作原理第3頁(yè)/共24頁(yè)第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.1分離的定義將含有m種組分的混合物分成m個(gè)彼此分開(kāi)純凈部分。

將各種各樣混合物進(jìn)行分離和提純是提高和改善生活水平的一種重要途徑。第4頁(yè)/共24頁(yè)第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.1分離的定義

由于發(fā)明了冶煉術(shù)，把金屬?gòu)牡V石中分離出來(lái)，使人類(lèi)從石器時(shí)代進(jìn)入青銅器時(shí)代，開(kāi)始向文明社會(huì)進(jìn)步。放射性鈾的同位素分離成功，迎來(lái)了原子能時(shí)代，原子能的和平利用使人們生活水平大大提高了一步。將水和空氣中微量雜質(zhì)除去的分離技術(shù)，大幅度提高了超大規(guī)模集成電器元件的成品合格率，使它得以實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)。深冷分離技術(shù)可從混合氣體中分離出純氧、純氮和純氫，獲得了接近絕對(duì)零度的低溫，為科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)提供了極為寬廣的發(fā)展基礎(chǔ)，為火箭提供了具有極大推動(dòng)力的高能燃料。從水中除去鹽和有毒物質(zhì)的蒸餾、吸附、蘋(píng)取、膜分離等分離技術(shù)，使人們能從取之不盡的大海中提取淡水，從工、農(nóng)業(yè)污水中回收干凈水和其他有用的東西。第5頁(yè)/共24頁(yè)第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類(lèi)及工作原理第6頁(yè)/共24頁(yè)第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類(lèi)及工作原理分離過(guò)程傳質(zhì)分離機(jī)械分離平衡分離速率分離第7頁(yè)/共24頁(yè)第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類(lèi)及工作原理機(jī)械分離過(guò)程機(jī)械分離過(guò)程的分離對(duì)象是由兩相以上所組成的混合物。其目的只是簡(jiǎn)單地將各相加以分離。例如過(guò)濾、沉降、離心分離、旋風(fēng)分離和靜電除塵等。第8頁(yè)/共24頁(yè)第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類(lèi)及工作原理傳質(zhì)分離過(guò)程傳質(zhì)分離過(guò)程用于各種均相混合物的分離，其特點(diǎn)是有質(zhì)量傳遞現(xiàn)象發(fā)生。按所依據(jù)的物理化學(xué)原理不同，工業(yè)上常用的傳質(zhì)分離過(guò)程又可分為兩大類(lèi)，即平衡分離過(guò)程和速率分離過(guò)程。第9頁(yè)/共24頁(yè)第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類(lèi)及工作原理平衡分離過(guò)程該過(guò)程是借助分離媒介（如熱能、溶劑或吸附劑）使均相混合物系統(tǒng)變成兩相系統(tǒng)，再以混合物中各組分在處于相平衡的兩相中不等同的分配為依據(jù)而實(shí)現(xiàn)分離。分離媒介可以是能量媒介（ESA）或物質(zhì)媒介（MSA），有時(shí)也可兩種同時(shí)應(yīng)用。ESA是指?jìng)魅牖騻鞒鱿到y(tǒng)的熱，還有輸入或輸出的功。MSA可以只與混合物中的一個(gè)或幾個(gè)組分部分互溶或吸附它們。此時(shí)，MSA常是某一相中濃度最高的組分。例如吸收過(guò)程中的吸收劑，萃取過(guò)程中的萃取劑等。第10頁(yè)/共24頁(yè)第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類(lèi)及工作原理速率分離過(guò)程速率分離過(guò)程是在某種推動(dòng)力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，有時(shí)在選擇性透過(guò)膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離。這類(lèi)過(guò)程所處理的原料和產(chǎn)品通常屬于同一相態(tài)，僅有組成上的差別。膜分離是利用流體中各組分對(duì)膜的滲透速率的差別而實(shí)現(xiàn)組分分離的單元操作。膜可以是固態(tài)或液態(tài)，所處理的流體可以是液體或氣體，過(guò)程的推動(dòng)力可以是壓力差、濃度差或電位差。第11頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.1離子交換法的定義2.2離子交換劑及其分類(lèi)2.3離子交換平衡2.4離子交換法分離提純示例第12頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.1離子交換法的定義

利用離子交換劑與溶液中的離子之間發(fā)生的交換作用分離離子的方法。離子交換法既是現(xiàn)代重要的分離提純方法，也是制備某些化合物的有效方法。第13頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.2離子交換劑及其分類(lèi)凡具有離子交換能力的物質(zhì)，一般都稱(chēng)為離子交換劑。離子交換劑的分類(lèi)第14頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.2離子交換劑及其分類(lèi)

最早使用的粘土、泡沸石及人工合成沸石等無(wú)機(jī)離子交換劑的交換容量小，機(jī)械強(qiáng)度差，且對(duì)氫離子比較敏感，應(yīng)用范圍存在很大局限性。近期人們研制出磷酸鋯、鎢酸鋯、磷酸錫、銻酸錫，磷鉬酸等雜多酸及水合氧化鋯、氯氧化鋯等具有耐高溫、耐輻射、選擇性高、交換能力強(qiáng)的新型無(wú)機(jī)交換劑，為無(wú)機(jī)離子交換劑開(kāi)辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。磷酸鋯系列已用于海水提取K+和Cs+，分離Cu2+、Ag+、Au3+三種離子及核燃料中提純鈾和钚。無(wú)機(jī)離子交換劑第15頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.2離子交換劑及其分類(lèi)交換容量：每克干樹(shù)脂能夠交換離子的毫摩爾數(shù)稱(chēng)交換容量。交聯(lián)度：離子交換樹(shù)脂的母體是具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，在制備交換樹(shù)脂的過(guò)程中加入交聯(lián)劑，骨架中交聯(lián)劑的原料在樹(shù)脂總重量中所占的百分?jǐn)?shù)，稱(chēng)為樹(shù)脂的交聯(lián)度。離子交換樹(shù)脂的性質(zhì)第16頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.3離子交換平衡離子交換反應(yīng)與液固反應(yīng)歷程類(lèi)似離子交換反應(yīng)最后達(dá)到平衡時(shí)：

BR+A==AR+B（略去電荷）平衡常數(shù)

第17頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.3離子交換平衡

實(shí)際應(yīng)用中采用分配系數(shù)D表示交換反應(yīng)達(dá)到平衡后，某離子在離子交換劑上濃度與在水相中濃度之比：分配系數(shù)D

在同一溶液中，不同離子對(duì)離子交換劑上的離子的交換能力不同，分配系數(shù)也不同，利用這種差異就可以將不同離子分離開(kāi)。第18頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.3離子交換平衡

分離因素用以表示兩種離子通過(guò)離子交換劑后分離的程度：分離因素

分離因素的大小可以表征離子交換劑對(duì)不同離子的分離效果，DA和DB相差越大，分離效果越好。第19頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.4離子交換法分離提純示例1加料漏斗2交換柱3溶液導(dǎo)出管4接受瓶5玻璃棉

當(dāng)硼酸溶液流過(guò)交換柱時(shí)，溶液中Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、Na+和NH4+等離子被強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換；SO42-、NO3-、Cl-等被強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂交換。H-型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂OH-型強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂交換柱硼酸的提純第20頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.4離子交換法分離提純示例

我國(guó)某廠在制備高純CsCl過(guò)程中為去除CsCl中的堿金屬等雜質(zhì)，曾將含雜質(zhì)的CsCl溶液吸附在強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換柱上，然后用4mo/L高純HCl淋洗。這樣，水合半徑比Cs+小的堿金屬離子首先被淋洗下來(lái)，而Cs+則被最后淋洗，從而依Na+、K+、Rb+、Cs+的順序淋出，可制得高純的CsCl。制備高純CsCl第21頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.4離子交換法分離提純示例

為了從MoO3和WO3中除去痕量金屬雜質(zhì)，可把它們分別轉(zhuǎn)變成鉬酸銨或鎢酸銨溶液，并在pH=9時(shí)，用螫合型交換劑（亞氨基二醋酸樹(shù)脂IDE-Cnelonite或wofatlteYZO）處理此溶液，所有痕量重金屬陽(yáng)離子雜質(zhì)都可被除去。此時(shí)，樹(shù)脂羥羧基與雜質(zhì)重金屬離子生成離子鍵，亞氨基與之生成配位鍵。經(jīng)交換凈化后得到的鉬酸銨或鎢酸銨分別在80～500℃煅燒可得純的MO3或WO3。金屬氧化物的提純第22頁(yè)/共24頁(yè)第二節(jié)離子交換分離方法2.4離子交換法分離提純示例

將粗制的硒溶解在計(jì)算量的純HNO3中，濾液用去離子水稀釋并調(diào)至pH=5.5，然后通過(guò)聚烴基亞胺WofatltL150（OH型）柱，再用NH3·H2O或NaOH溶液淋洗，流出液經(jīng)酸化后，繼