3.2　絡合萃取過程的特征

極性有機物稀溶液的分離是一個很有價值但難度很大的課題。例如，乙酸和酚類是重要的化工原料，有關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中會排放出含乙酸或酚類（質(zhì)量分數(shù)5％以下）的廢水，如果不加回收和處理、任意排放，不但造成經(jīng)濟上的損失，還會對環(huán)境造成污染。尋找高效節(jié)能的廢水處理方法是具有重要應用價值的任務。又如，有機羧酸的重要制備方法是發(fā)酵法，其特點是原料的利用率及轉(zhuǎn)化率較高，由于分離對象通常為稀溶液，分離費用一般占整個產(chǎn)品成本的50％～60％。作為一個典型的例子，乳酸發(fā)酵液中除乳酸和葡萄糖外，還有乙酸等常見的有機羧酸，其中乳酸約含3.5％，乙酸約含1.0％。此外，發(fā)酵法制備乳酸存在著明顯的產(chǎn)物抑制現(xiàn)象，發(fā)酵液中的乳酸濃度過高將直接影響過程速率。選擇新的有機羧酸分離方法，保證在有利于發(fā)酵過程的條件下有效地分離發(fā)酵液中的有機羧酸，已經(jīng)成為稀溶液分離技術(shù)的熱門課題。再如，在中等pH條件下，兩性官能團化合物在水溶液中以荷電中性分子（A^±）形態(tài)存在。通常認為，荷電中性分子極性強，在水中的活度系數(shù)小，水溶液中荷電中性分子的存在大大增加了這類物質(zhì)分離的難度。氨基酸是一類重要的兩性官能團化合物，廣泛地應用于食品和醫(yī)藥工業(yè)。氨基酸產(chǎn)物分離過程中，往往需要調(diào)節(jié)發(fā)酵母液的pH值，導致大量的物耗和對環(huán)境的污染。因此，尋求中等pH條件下對兩性官能團化合物的荷電中性分子形態(tài)的新分離方法，不僅是對分離過程基本原理的補充和完善，而且對開發(fā)高效、經(jīng)濟的分離工藝十分有益。

萃取過程以其分離效率高、生產(chǎn)能力大，能耗低、便于快速連續(xù)和安全操作等優(yōu)點獲得了十分廣泛的應用，也一直受到研究工作者的重視。萃取分離可分為物理萃取和化學萃取兩大類。物理萃取法是不涉及化學反應的物質(zhì)傳遞過程，選擇物理萃取溶劑的首要原則是“相似相溶”規(guī)則，即在不形成化合物的條件下，兩種物質(zhì)的分子大小、組成、結(jié)構(gòu)愈相似，它們之間的相互溶解度就越大。與物理萃取不同，對于許多液液萃取體系，多伴有化學反應，即存在溶質(zhì)與絡合反應劑之間的化學作用，這類過程是伴有化學反應的傳質(zhì)過程，一般稱作化學萃取。

然而，對于極性有機物稀溶液分離體系，溶質(zhì)和水都是極性物質(zhì)。若選擇極性大的溶劑，提高溶質(zhì)的物理萃取分配系數(shù)D，則萃取溶劑在水中溶解度也就大，工藝過程中會出現(xiàn)較大的溶劑損失或加重萃殘液脫溶劑的負荷。十分明顯，物理萃取分離方法對于極性有機物稀溶液分離體系常常是不理想的選擇。

為了解決極性有機物稀溶液的分離問題，King等^［3～5］提出了一種新的分離方法——基于可逆絡合反應的萃取分離方法。可逆絡合反應萃取分離（簡稱絡合萃取法）的工藝過程是：溶液中的待分離溶質(zhì)與含有絡合劑的萃取溶劑（由絡合劑、助溶劑、稀釋劑組成）相接觸，絡合劑與待分離溶質(zhì)反應形成絡合物，使其轉(zhuǎn)移到萃取溶劑相內(nèi)達到分離的目的。第二步則是通過溫度變化或pH值變化等方式（稱為擺動效應^［6］）使反應逆向進行，從而萃取溶劑再生循環(huán)使用，溶質(zhì)得以回收。絡合萃取分離方法為極性有機物稀溶液的分離提供了一條新的途徑。

絡合萃取方法分離極性有機物稀溶液就是利用化學作用強化萃取分離過程的典型例證。深入進行絡合萃取分離有機物稀溶液的研究，不僅對認識絡合萃取分離過程的自身規(guī)律有促進作用，而且對通過化學作用強化萃取分離過程，實現(xiàn)工程應用具有重要的指導意義。

絡合萃取過程是典型的化學萃取過程。在這類工藝過程中，溶液中待分離溶質(zhì)與含有絡合劑的萃取溶劑相接觸，絡合劑與待分離溶質(zhì)反應形成絡合物，并轉(zhuǎn)移至萃取相內(nèi)。相間發(fā)生的絡合反應可以用簡單的反應萃取平衡方程式加以描述：

　　 （3-7） 　　

絡合萃取的表觀萃取平衡常數(shù)K的表達式為：

　　 （3-8） 　　

如果式（3-7）或式（3-8）中的n值為1，而且假設未參與絡合反應的溶質(zhì)在料液相與萃取相之間的分配符合線性分配關(guān)系，可以獲得如圖3-1所示的典型的萃取平衡線。十分明顯，利用通常的萃取平衡分配系數(shù)為參數(shù)進行比較，絡合萃取法在低溶質(zhì)平衡濃度條件下可以提供非常高的分配系數(shù)值。待萃取溶質(zhì)濃度越高，絡合劑就越接近化學計量飽和。因此，絡合萃取法可以實現(xiàn)極性有機物在低濃區(qū)的完全分離。此外，由于溶質(zhì)的分離取決于絡合反應，絡合反應是在絡合劑的特殊官能團與具有相應官能團的溶質(zhì)之間發(fā)生的，所以，絡合萃取法具有很高的選擇性。

圖3-1　絡合萃取的典型相平衡關(guān)系