Исследование экстракции фосфорной кислоты трибутилфосфатом

  1.4 Основные факторы  влияющие на процесс  экстракции

    Время (продолжительность) экстрагирования.

    Чрезмерная  продолжительность извлечения приводит к загрязнению вытяжек. При этом бывает целесообразно прекратить процесс в какой-то момент, учитывая, что дополнительно извлеченные количества веществ не окупят избыточных расходов и увеличивающихся при этом потерь ценных экстрагентов (спирт, эфир).

    Температура.

    Изменение температуры влияет на константу распределения экстрагируемого вещества. Это объясняется тем, что при изменении температуры изменяется растворимость экстрагируемых веществ в каждой фазе, а также изменяется взаимная растворимость органической и водной фаз. Причем с изменением температуры растворимость вещества в каждой фазе изменяется неодинаково. Это является одной из причин изменения константы распределения вещества при изменении температуры.

    При изменении температуры может изменяться диссоциация и ассоциация вещества в соответствующей фазе. Поэтому при изменении температуры изменяется гидратация (сольватация) и экстрагируемость химических соединений.

    Повышение температуры ускоряет процесс экстрагирования, но в условиях производств подогрев используют только для водных извлечений. Спиртовая и тем более эфирная экстракция проводится при комнатной (или более низкой) температуре, поскольку с ее повышением увеличиваются потери экстрагентов, а следовательно, вредность и опасность работы с ними.

    Выбор экстрагента.

    Для обеспечения полноты извлечения действующих веществ и максимальной скорости экстрагирования к экстрагенту  предъявляют следующие требования: селективность (избирательная растворимость), химическая индифферентность, малая токсичность, доступность.

    Выбор экстрагента определяется степенью гидрофильности извлекаемых веществ. Для экстрагирования полярных веществ  с высоким значением диэлектрической  постоянной используют полярные растворители: воду, метанол, глицерин; для неполярных - кислоту уксусную, хлороформ, эфир этиловый и другие органические растворители.

    pH среда.

      Недиссоциированные молекулы органических кислот в водных растворах являются электронейтральными и слабо гидратируются молекулами воды. При контакте водных растворов с органическими растворителями электронейтральные молекулы кислоты легко сольватируются, и поэтому переходят в слой органического растворителя.

      Ионы, образующиеся в водных растворах при диссоциации слабых кислот, имеют соответствующие заряды, и поэтому легко гидратируются диполями воды. Связь молекул воды с ионами кислоты относительно прочная. Поэтому такие ионы слабо сольватируются молекулами органических растворителей и не экстрагируются органическими растворителями из водных растворов.

      Изменение концентрации водородных ионов в водной фазе приводит к относительному увеличению или уменьшению количества недиссоциированных молекул, а следовательно, и к изменению экстрагируемости кислоты.

      С повышением рН (т. е. с уменьшением концентрации водородных ионов в водном растворе) увеличивается диссоциация кислоты в растворе, что приводит к уменьшению ее недиссоциированных молекул. В результате этого понижается экстрагируе-мость слабой кислоты органическими растворителями из таких растворов.

      При повышении концентрации водородных ионов (т. е. с понижением рН) в водном растворе увеличивается число молекул недиссоциированной кислоты, а следовательно, возрастает ее экстрагируемость органическими растворителями. При значительном повышении концентрации водородных ионов в водном растворе слабую кислоту практически полностью можно перевести в недиссоциированное состояние и этим повысить ее экстрагируемость.

      Влияние электролитов на экстракцию.

        Прибавление хорошо растворимых солей к водному раствору другого вещества может понижать или повышать его растворимость в воде. Понижение растворимости веществ в водных растворах под влиянием электролитов называется высаливанием, а повышение растворимости — всаливанием.

      Высаливание является фактором, понижающим растворимость веществ в воде и повышающим их экстрагируемость органическими растворителями из водных растворов.

      Высаливающее  действие электролитов зависит от природы и свойств высаливаемого вещества, от природы и свойств высаливателя, концентрации и радиуса ионов высаливателя и т. д. Ионы высаливателя с малым радиусом имеют большую плотность заряда, чем ионы с большим радиусом. Поэтому ионы с малым радиусом гидратируются лучше, чем ионы с большим радиусом. В связи с этим высаливающее действие ионов с малым радиусом большее, чем высаливающее действие крупных ионов. Однако это правило имеет и ряд исключений.

      Установлено, что высаливающим действием обладают и некоторые хорошо растворимые  в воде неэлектролиты. Так, например, этиловый спирт хорошо высаливает уксусную кислоту из ее водных растворов при экстракции этой кислоты этилацетатом и т. д.

      Вещества, проявляющие свойства всаливателей, применяются для повышения растворимости слаборастворимых веществ в воде. Известно несколько теорий, объясняющих процесс всаливания. Согласно одной из них, всаливание объясняется химическим взаимодействием всаливателей и всаливающихся веществ в экстракционных системах. В результате этого могут образовываться соединения или комплексы, хорошо растворимые в воде, которые не экстрагируются органическими растворителями.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 2. Экспериментальная  часть.

2.1 Методики исследования

     2.1.1 Методика процесса экстракции фосфорной кислоты из азотнокислотной вытяжки трибутилфосфатом

     Реактивы : азотнокислотная вытяжка, трибутилфосфат

     Оборудование: делительная воронка, секундомер

     Ход работы: Экстракцию фосфорной кислоты проводят а реакционном сосуде, представляющем собой термостатированную делительную воронку емкостью 150—250 см³. Реакционный сосуд снабжен мешалкой, для поддержания постоянной температуры процесса используется водяной термостат, отрегулированный на требуемую температуру.

     При проведении экстракции обработку АКВ  экстрагентом проводили при соотношении  объемов органической и водной фаз  V_о : V_в = 1 : 1. Отмеренное количество ВАКВ переносят в реакционный сосуд, затем приливают известное количество экстрагента. После установления требуемой температуры включают мешалку и одновременно секундомер и проводят экстракцию.

     Время экстракции составляет 5-7 минут. По истечении  заданного времени выключают  мешалку и включают секундомер для определения времени разделения фаз. Разделение эмульсии осуществляется в две стадии. Сначала довольно быстро осаждаются (всплывают) крупные капли. Значительно более мелкие капли остаются в виде «тумана», который отстаивается довольно долго. По окончании разделения проводится анализ водной и  органической фаз.

     При  проведении реэкстракции органическую фазу обрабатывают дистиллированной водой. Отмеренное количество дистиллированной воды переносят в реакционный  сосуд, затем приливают известное количество экстракта. Включают мешалку и одновременно секундомер, и проводят реэкстракцию.

     Содержание  фосфора в органической фазе определяется титриметрическим методом, заключающемся  в титровании эмульсии вода—ТБФ раствором  гидроксида натрия по первой ступени диссоциации фосфорной кислоты. Содержание фосфора в водной фазе определяется фотоколориметрическим методом.

     Экстракцию  фосфорной кислоты из азотнокислотной  вытяжки проводим при различных  температурах: 15 ⁰С, 20 ⁰С, 25 ⁰С, 30 ⁰С.