运用超临界二氧化碳技术萃取水溶液中碱金属离子的研究

摘要

超临界二氧化碳（SC-CO2）萃取金属离子是在20世纪九十年代初期才开始的。超临界CO2流体萃取是利用CO2在超临界状态时具有高渗透能力和高溶解能力萃取分离混合物，它具有萃取率高、产品纯度好、工艺流程简单、耗能低、无毒、安全、无污染、廉价和可回收等优点，在化工、环境、医药、食品等工业方面的应用具有广阔的发展前景。但是带正电荷的金属离子在超临界CO2流体中不溶解，所以在用超临界CO2萃取金属离子时，需要加入一定量的能溶解在超临界CO2流体中的络合剂，该络合剂先与金属离子形成能溶解在超临界CO2流体中的中性螯合物，然后再运用超临界CO2流体技术萃取出来。因此，络合剂及其形成的金属螯合物在超临界CO2流体中的溶解度成为决定萃取效率高低的关键因素。 本文在综合了文献和络合剂结构与性能关系理论基础上，设计、合成了一系列酰胺类、氟代酯类及含醚键酯类亲CO2络合剂，对其结构进行了表征，并用观测法测定了它们在超临界CO2流体中在不同温度和压力下的溶解度，并用半经验模型对实验结果进行了关联，取得了较好的关联结果。同时采用水相法对含醚键酯类络合剂萃取碱金属离子(Na+、K+)进行了超临界CO2流体萃取的研究。首先，以含醚键酯类中的络合剂2对Na+萃取为研究对象，探讨了超临界CO2流体萃取过程中各因素(萃取温度、压力、时间、共萃取剂、溶剂量、PH值以及络合剂的量)对萃取率的影响，获得了最佳的萃取条件（323K、25MPa、30min、PH=5.10、4mlNaNO3aq、[Na+]:[络合剂]:[TBP]=1:200:100），其次，在这个最佳条件下研究了其它五种络合剂对Na+、K+的萃取效率。结果表明，在没有共萃取剂的条件下萃取效果不是十分理想，证明络合剂虽然和金属离子形成了络和物，但是它们的平衡常数很小或者是它们在超临界CO2中的溶解度很低，而通过共萃取剂PFOAT或TBP的加入，萃取效率有了明显的提高，对Na+的萃取效率要高于K+。