溶剂萃取稀土的热动力学及萃取剂性质的研究

论文摘要

溶剂萃取是一种重要的分离技术，由于其具有分离效果好、操作简单、能耗低、易于大规模生产等特点，在化学领域、环保行业、工农业生产中已经得到广泛应用。溶剂萃取热动力学是萃取化学的重要研究内容之一，主要研究萃取平衡和萃取反应速率等问题，将微量量热法应用于溶剂萃取热动力学和萃取剂性质研究是一个新的课题，所获得的热力学参数将为寻找最佳萃取体系提供理论依据，并推动溶剂萃取技术的发展。本课题研究了1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基吡唑酮-5（HPMBP）萃取稀土元素镨、钆、铽、镝、钬的热动力学性质，得到了萃合物的组成、平衡常数、反应速率常数以及热力学参数（△rHmθ、△rGmθ、△rSmθ），并把微量量热法应用于以上萃取反应以及皂化萃取剂性质的研究中。1．主要研究内容与结论1．1萃取反应热动力学性质研究以HPMBP为萃取剂，萃取了Pr3+、Gd3+、Tb（3+）、Dy3+、Ho3+等稀土离子，得到萃取反应平衡方程式分别为：Pr3++3 HPMBP（o）=Pr（PMBP）3（o）+3H+Gd3++3 HPMBP（o）=Gd（PMBP）3（o）+3H+Tb3++3 HPMBP（o）=Tb（PMBP）3（o）+3H+Dy3++3 HPMBP（o）=Dy（PMBP）3（o）+3H+Ho3++3 HPMBP（o）=Ho（PMBP）3（o）+3H+测定了不同时刻水相和有机相中金属离子的浓度，从而得到萃取反应速率方程式、反应速率常数以及活化能，进而求出萃取反应焓变△rHmθ。用微量量热法测定了萃取过程的热效应，并求出△rHmθ，结果表明，用微量量热法得到的△rHmθ与理论计算值十分近似。1．2萃取剂性质研究皂化萃取剂结构上和表面活性剂类似，具有很强的表面活性，在惰性溶剂中不是以单分子存在，而是形成反向胶束。可以用表面活性剂的作用原理借助微量量热法研究皂化萃取剂在含有不同助表面活性剂的有机溶剂中的热力学性质。本研究制备了HPMBP的皂化（铽、镝、钬）盐，然后以丙酮为溶剂，分别配成皂化盐—醇—丙酮溶液，用微量量热法研究了皂化盐—醇—丙酮体系的性质，得到了临界胶束浓度CMC、聚集数n、离解—缔合常数Km以及反向胶束形成过程的热力学参数（△rHmθ、△rGmθ、△rSmθ）。结果表明，CMC、自由能变△rGmθ随着醇的碳原子数增加而减小。n、Km、△rHmθ、△rSmθ随着醇的碳原子数增加而增加。同一种醇，随着醇的浓度增加，体系的聚集数n、△rGmθ减小，而CMC、△rHmθ、△rSmθ皆增加。这与热力学理论的分析是一致的。2．主要创新之处（1）将微量量热法应用于溶剂萃取过程，测定萃取反应的热效应，进而获△rHmθ，此法简单易行，避免了繁琐的计算。直接测定出实验的热效应，这是一种准确、可靠的方法。（2）用微量量热法研究萃取剂的性质，得出不同助表面活性剂以及助表面活性剂不同浓度时的CMC及热力学参数，为非水溶剂中表面活性剂性质的研究提供了理论数据及可行的测定方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.综述
• 1.1 溶剂萃取的发展概况
• 1.2 萃取体系的分类与特点
• 1.3 溶剂萃取的热动力学研究进展
• 1.4 萃取剂性质的研究
• 2.研究内容
• 3.研究所用主要仪器
• 4.研究方法
• 5.研究意义
• 第二章 HPMBP萃取稀土元素的热动力学研究
• 1.溶剂萃取热动力学基本原理
• 1.1 热力学原理
• 1.2 动力学原理
• 3+的热动力学研究'>2.HPMBP萃取pr³⁺的热动力学研究
• 3+的热动力学性质研究'>2.1 HPMBP萃取Pr³⁺的热动力学性质研究
• （1） 实验部分
• （2） 结果与讨论
• 3+的微量量热法研究'>2.2 HPMBP萃取pr³⁺的微量量热法研究
• （1） 实验部分
• （2） 结果与讨论
• 3+的热动力学研究'>3.HPMBP萃取Gd³⁺的热动力学研究
• 3+的热动力学性质研究'>3.1 HPMBP萃取Gd³⁺的热动力学性质研究
• （1） 实验部分
• （2） 结果与讨论
• 3+的微量量热法研究'>3.2 HPMBP萃取Gd³⁺的微量量热法研究
• （1） 实验部分
• （2） 结果与讨论
• 3+的热动力学研究'>4.HPMBP萃取Tb³⁺的热动力学研究
• 3+的热动力学性质研究'>4.1 HPMBP萃取Tb³⁺的热动力学性质研究
• （1） 实验部分
• （2） 结果与讨论
• 3+的微量量热法研究'>4.2 HPMBP萃取Tb³⁺的微量量热法研究
• （1） 实验部分
• （2） 结果与讨论
• 3+的热动力学研究'>5.HPMBP萃取Dy³⁺的热动力学研究
• 3+的热动力学性质研究'>5.1 HPMBP萃取Dy³⁺的热动力学性质研究
• （1） 实验部分
• （2） 结果与讨论
• 3+的微量量热法研究'>5.2 HPMBP萃取Dy³⁺的微量量热法研究
• （1） 实验部分
• （2） 结果与讨论
• 3+的热动力学研究'>6.HPMBP萃取Ho³⁺的热动力学研究
• 3+的热动力学性质研究'>6.1 HPMBP萃取Ho³⁺的热动力学性质研究
• （1） 实验部
• （2） 结果与讨论
• 3+的微量量热法研究'>6.2 HPMBP萃取Ho³⁺的微量量热法研究
• （1） 实验部分
• （2） 结果与讨论
• 7.总结
• 第三章 萃取剂性质研究
• 1.萃取剂性质研究的基本原理
• 2.HPMBP皂化盐反向胶束形成过程的热力学研究
• 2.1 实验部分
• 2.2 结果与讨论
• 3反向胶束形成过程的热力学研究'>（1） Tb（PMBP）₃反向胶束形成过程的热力学研究
• 3反向胶束形成过程的热力学研究'>（2） DY（PMBP）₃反向胶束形成过程的热力学研究
• 3反向胶束形成过程的热力学研究'>（3） Ho（PMBP）₃反向胶束形成过程的热力学研究
• 3.总结
• 参考文献
• 在校期间发表的论文
• 致谢