無機(jī)合成133的學(xué)習(xí)教案

無機(jī)合成133的學(xué)習(xí)教案第1頁/共24頁第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/共24頁第一節(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及工作原理第3頁/共24頁第一節(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個彼此分開純凈部分。

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/共24頁第一節(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)，把金屬從礦石中分離出來，使人類從石器時代進(jìn)入青銅器時代，開始向文明社會進(jìn)步。放射性鈾的同位素分離成功，迎來了原子能時代，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力的高能燃料。從水中除去鹽和有毒物質(zhì)的蒸餾、吸附、蘋取、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/共24頁第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類及工作原理第6頁/共24頁第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類及工作原理分離過程傳質(zhì)分離機(jī)械分離平衡分離速率分離第7頁/共24頁第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類及工作原理機(jī)械分離過程機(jī)械分離過程的分離對象是由兩相以上所組成的混合物。其目的只是簡單地將各相加以分離。例如過濾、沉降、離心分離、旋風(fēng)分離和靜電除塵等。第8頁/共24頁第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類及工作原理傳質(zhì)分離過程傳質(zhì)分離過程用于各種均相混合物的分離，其特點是有質(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)分離過程又可分為兩大類，即平衡分離過程和速率分離過程。第9頁/共24頁第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類及工作原理平衡分離過程該過程是借助分離媒介（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），有時也可兩種同時應(yīng)用。ESA是指傳入或傳出系統(tǒng)的熱，還有輸入或輸出的功。MSA可以只與混合物中的一個或幾個組分部分互溶或吸附它們。此時，MSA常是某一相中濃度最高的組分。例如吸收過程中的吸收劑，萃取過程中的萃取劑等。第10頁/共24頁第一節(jié)分離與純化技術(shù)概述1.2分離與純化方法分類及工作原理速率分離過程速率分離過程是在某種推動力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，有時在選擇性透過膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實現(xiàn)組分的分離。這類過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膜的滲透速率的差別而實現(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，過程的推動力可以是壓力差、濃度差或電位差。第11頁/共24頁第二節(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2.3離子交換平衡2.4離子交換法分離提純示例第12頁/共24頁第二節(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/共24頁第二節(jié)離子交換分離方法2.2離子交換劑及其分類凡具有離子交換能力的物質(zhì)，一般都稱為離子交換劑。離子交換劑的分類第14頁/共24頁第二節(jié)離子交換分離方法2.2離子交換劑及其分類

最早使用的粘土、泡沸石及人工合成沸石等無機(jī)離子交換劑的交換容量小，機(jī)械強(qiáng)度差，且對氫離子比較敏感，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)的新型無機(jī)交換劑，為無機(jī)離子交換劑開辟了新的應(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。無機(jī)離子交換劑第15頁/共24頁第二節(jié)離子交換分離方法2.2離子交換劑及其分類交換容量：每克干樹脂能夠交換離子的毫摩爾數(shù)稱交換容量。交聯(lián)度：離子交換樹脂的母體是具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，在制備交換樹脂的過程中加入交聯(lián)劑，骨架中交聯(lián)劑的原料在樹脂總重量中所占的百分?jǐn)?shù)，稱為樹脂的交聯(lián)度。離子交換樹脂的性質(zhì)第16頁/共24頁第二節(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)歷程類似離子交換反應(yīng)最后達(dá)到平衡時：

BR+A==AR+B（略去電荷）平衡常數(shù)

第17頁/共24頁第二節(jié)離子交換分離方法2.3離子交換平衡

實際應(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。第18頁/共24頁第二節(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/共24頁第二節(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)硼酸溶液流過交換柱時，溶液中Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、Na+和NH4+等離子被強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換；SO42-、NO3-、Cl-等被強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂交換。H-型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂OH-型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂交換柱硼酸的提純第20頁/共24頁第二節(jié)離子交換分離方法2.4離子交換法分離提純示例

我國某廠在制備高純CsCl過程中為去除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，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/共24頁第二節(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，用螫合型交換劑（亞氨基二醋酸樹脂IDE-Cnelonite或wofatlteYZO）處理此溶液，所有痕量重金屬陽離子雜質(zhì)都可被除去。此時，樹脂羥羧基與雜質(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/共24頁第二節(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