萃取分离稀土元素及计算机模拟计算的研究

用最小二乘法回归单级萃取平衡数据,建立了一种形式简单通用的两相分配平衡模型;通过对萃取机理的分析,归纳出各级水相酸度、自由萃取剂浓度与相应级的两相稀土总浓度的关系,据此提出了一个改进的串级模型,与文献所采用的模型相比,减少了2N个变量和方程;编写了矩阵解法的FORTRAN计算程序,对若干个分馏萃取体系进行了模拟计算,所得结果与实验值吻合很好,改变工艺参数的计算结果也与实际萃取变化规律一致,说明了所用的模型及程序都是合理可行的,适用于不同萃取剂的阳离子交换萃取体系,为达到计算机辅助萃取分离稀土元素的实验及工艺设计这个目的打下了基础。     

等温模型在“液-液萃取”中的适用性探讨*

液-液萃取的核心问题是溶质在不互溶两相间的平衡浓度分布。对于绝大多数化学化工类理论和实验教学而言,呈线性分布特征的萃取体系往往被选为教学实例。而对于呈非线性分布特征的体系,因其受制于现有模型的复杂性,鲜少出现在教学中。笔者在教学研究中发现,诸多体系的非线性分布特征满足常规的等温模型,且分配系数可由确定的函数关系所表达。此外,萃取体系的模型适用性与该体系中溶质、溶剂和萃取剂3者间的相互作用机制密切相关。综上所述,本文将等温模型用于液-液萃取,解决了现有模型的复杂性问题,拓展了教学内容,可使学生深入理解萃取机理,并培养其科研思维能力。     

CuSO4-氨化P507-n-C6H14体系平衡常数的计算

用热力学方法研究了酸性磷萃取剂与金属体系间的平衡计算模型,萃取体系的水相采用Pitzer半经验公式求算γCu²⁺,有机相用热力学关系求出了水、正已烷和萃取剂的活度系数.实验结果用Scatchard-Hildebrand模型关联,并经回归处理,得到了萃取反应热力学平衡常数(K=1.26×10^-7～5.26×10^-7)及萃合物的活度系数.     

Gd—Tb—Dy—HCl—HEH（EHP）—煤油体系的逆流萃取数学模型及数学模拟

在1.5mol/LHEH(EHP)-盐酸体系中于较宽的稀土浓度和酸度范围内建立了Gd、Tb、Dy的数学平衡模型。模型有4个自变量,9个参数,相对误差为4.5％。编制了处理三种稀土同时存在时的逐级计算程序。借助于该程序和萃取数学模型,可以计算逆流萃取体系达到平衡时水相中每种元素的逐级浓度、酸度、有机相中每种元素逐级的浓度,并由此计算出产品纯度、各级的分配比、萃取分离因数等。数学模拟结果可供工艺设计人员设计萃取工艺时特别是设计三出口工艺时参考。     

超临界流体萃取分离离子液体与有机物及其相平衡的研究

离子液体具有一些优良的物理和化学性质,非常有希望成为传统有机溶剂的替代溶剂.但是如何从过程物流中分离和回收离子液体将是其工业化应用的一个很大挑战.蒸馏、液液萃取和超临界萃取是目前已知的三个可行的方法.其中超临界萃取可应用于离子液体与挥发的或相对不挥发的有机物的分离,而且不存在相间交叉污染.本文从二元体系相平衡、三元体系相平衡、模型化研究和萃取实验结果方面介绍了超临界萃取方法的最新研究进展,在此基础上提出了用超临界丙烷替代超临界二氧化碳作为萃取溶剂的新思路,并探讨了该领域今后的研究方向和工业化前景.     

多相高分子体系中的粘弹相分离行为

相分离广泛存在于各种凝聚态物质中.根据局部浓度的变化形式,可将相分离分为固体模型(model B)和流体模型(model H),这两种模型适用于动力学对称的体系.近年来,Tanaka发现在一些动力学不对称的多组分高分子体系里存在一种新的相分离模式,其相分离过程分为动力学过程可用一个普适的粘弹模型来进行描述.动力学不对称可由体系中两组分间大的尺寸差异或玻璃化温度差异引起.本文介绍了多相高分子体系中产生粘弹相分离的原理及其基本特征,并讨论了模量、粘度、填料等因素对粘弹相分离动力学过程及多相体系微观结构的影响.     

用响应曲面法研究RE(NO_3)_3-HNO_3-P507-煤油体系的萃取行为

应用响应曲面法研究了RE(NO_3)_3—HNO_3—P507-煤油体系的萃取行为。在较宽的初始稀土浓度、初始酸度下,利用逐步回归方法模拟萃取体系,得到14个单一稀土的萃取模型。并且以Er~(3+)为例,采用三维显示技术描绘了萃取体系的响应曲面,直观地展现了分配比与初始酸应和初始稀土浓度的关系。     

微波辅助萃取多物理场耦合模型的构建及验证

以姜科类植物草豆蔻中山姜素为模拟对象, 基于微波辅助萃取(MAE)过程中微波场、 温度场及浓度场等物理场之间的耦合关系, 利用Comsol软件构建了MAE多物理场耦合模型. 模拟了不同萃取时间、 微波功率下萃取体系的电磁场分布、 温度分布以及山姜素扩散分布; 通过比较萃取液温度和山姜素浓度的模拟值与实验值, 结合误差分析对模型进行了验证, 以同类植物砂仁中的异槲皮苷为萃取目标验证了模型的适用性. 结果表明, 微波功率越大, 电磁场强度越强, 萃取液温度越高, 山姜素扩散越明显, 越有利于萃取; MAE萃取山姜素和异槲皮苷的萃取液温度模拟值与实验值之间的相对均方根误差(RRMSE)分别在1.9%~4.5%和1.9%~2.8%之间, 其浓度RRMSE分别在1.7%~3.2%及1.6%~4.1%之间, 均小于5.0%, 表明建立的模型准确、 可靠, 且适用性良好. 该模型综合考虑了MAE过程中的多个物理场及其耦合关系, 可为深入研究其萃取机理提供参考.     

伯胺N1923和三苯基氧化膦萃取金(Ⅲ)的动力学 Ⅰ.一元萃取剂体系萃取AuCl_4~-

研究了伯胺N1923和三苯基氧化膦(TPPO)两个一元萃取剂体系从盐酸介质中萃取AuCl_4~-的动力学.认为两体系的萃取速率均受界面化学反应控制;得到298K时两体系萃取反应的速率常数;计算出萃取反应的活化能.     

原子吸收光谱法研究双水相体系对铬的选择性萃取分离效率

研究了乙醇-硫酸铵双水相体系对Cr(Ⅵ)的选择性萃取分离效率及其原子吸收光谱法(AAS)分析. 配制乙醇-硫酸铵双水相体系, 并考察不同种类盐, 盐用量, 酸度和时间对体系萃取分离效率的影响, 用AAS法测定体系对以重铬酸根形式存在的Cr(Ⅵ)的选择性萃取分离效率, 通过乙醇和水相的AAS法测定选择了最佳萃取分离条件, 在pH为4的酸性介质中把水相中的Cr(Ⅵ)萃取到乙醇相而Cr(Ⅲ)留在水相中, 使两种形态的铬彼此分离, 通过对醇相Cr(Ⅵ)和水相Cr(Ⅲ)的 AAS测定, 得到最佳测定条件及体系对Cr(Ⅵ)的萃取率为: 双水相体系的体积为10.0 mL, V(EtOH)∶V(H2O)=2∶3, (NH4)2SO4的质量为1.7 g, pH 4, Cr(Ⅵ)萃取率为90% 以上, Cr(Ⅲ)回收率为98%～108%. 本法可用于铬的形态分析.     

TbCl_3-DyCl_3-HCl-H_2O-P507体系的萃取平衡数学模型和最优工艺的选择

本文研究了TbCl_3-DyCl_3-HCl-H_2O-P507体系的萃取平衡关系,关联了分配比模型:(1)以水相中稀土总浓度的分区模型;(2)以摩尔分数的分区模型;(3)铽和镝的模型。利用上述模型研究了铽镝二元体系的萃取行为,其与单一铽或镝相比,由于第二元素的存在导至了分配比、分离因数和有机相的稀土浓度的变化。利用水相稀土浓度的分区模型,进行了分馏萃取静态特性模拟。探索了影响分离工艺的因素、研究了萃取因数与分离效率的关系和在实际中达到材料消耗低和分离效率高的最优条件。提出了达到铽>95％和镝>99.5％的最优分离工艺。     

区别萃取体系中单核与多核络合物的一种新的数学微分模型

同多核及杂多核络合物的形成及萃取,近年已引起人们的注意,但其结构、组成、状态等测定尚处于开始阶段。多核络合物的萃取体系已知的有钴及镍在高氯酸体系被癸酸萃取,萃合物为CoNiA_4·4HA,HA为癸酸;钴、镍、铜在硫酸体系中用磷酸二异辛酯萃取,可得不同类型的同多核萃合物;另外还有癸酸与铟的萃合物体系也是属于多核类型。 Galan等人报导一种分光光度法,用以区分萃取体系中单核与多核的络合物,在前文工作的基础上,对该法作了改进,提出新的数学微分模型,可以测定被萃取的单核与多     

Kinetics of solvent extraction of 99mTC with 2-butanone in basic medium

本文以恒界面池法研究了碱性条件下丁酮对99mTc的萃取动力学性质.在一定条件下,考察了萃取时间对萃取率的影响,并测定了搅拌速度、各反应物初始浓度以及温度对萃取速率的影响.实验结果表明:萃取体系在约6h后达到平衡;搅拌速度(100-180 rpm)对萃取速率无显著影响,萃取反应的活化能为56.20(kJ/mol),萃取过程为化学反应控制模型.在碱性介质中,丁酮萃取99mTc的化学反应速率方程为:-dc (TcO4- )/dt=k c0.83(TcO4-)c1.90(CH3 COC2 H5),其中k=5218.85(L/L)-0.73·h-2.     

堆积模型在萃取中的应用Ⅰ.水相介质协同效应

根据堆积模型首次推测并以实验证实水相混合介质的协同效应。研究了UO_2~(2+)/OAC~-Cl~-/TBP-二甲苯协同萃取体系。协同萃取是当前萃取化学中最为活跃的领域之一协同萃取就其本质而言是将各种配位体(简单阴离子、水和萃取剂)进行适当地排列组合,按其配位能力的强弱、     

CuSO4—氨化P507—n—C6H14体系平衡常数的计算

用热力学方法研究了酸性磷取剂与金属体系间的平衡计算模型，萃取体系的水相采用Ｐｉｔｚｅｒ半经验公式求算γＣｕ＾２＋，有机相用热力学关系求出了水，正己烷和萃取剂的活度系数，实验结果用Ｓｃｈａｔｃｈａｒｄ－Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄ模型关系，并经回归处理，得到了萃取反应热力学平衡常数及萃合物的活度系数。     

数学模拟法研究氨化 P507分离 Nd-Sm 工艺

用数学模拟法研究了 NdCl_3-SmCl_3-HCl-H_2O-1.5M 氨化 P507-煤油体系的萃取平衡。提出了采用不氨化和氨化萃取剂的萃取平衡模型。利用这些模型初步进行了分馏萃取模拟,并研究了各种平衡数据之间的相互关系,利用其内在联系提出了较简单的模拟方法,以方便模拟工艺要求的任何氨化率的萃取体系。模拟结果与 Nd-Sm 分离试验结果符合得很好,Nd 和 Sm 产品纯度误差分别为0.13%和1.3%。文中还提出了保证不乳化、进料级位置合理、符合萃取要求的不同 Nd、Sm 组分的优化分离工艺。只用6～7级就可使 Nd、Sm 两种产品纯度达到99%以上。     

P507体系反萃取条件对平衡负载稀土量的研究

P507-盐酸体系是目前应用最为广泛的稀土萃取分离体系.在用P507-盐酸体系分离含中重稀土的原料时,由于重稀土元素（Tm,Yb,Lu）难于完全反萃,使得长期使用后的空白萃取剂中仍负载一定量的重稀土（称为平衡负载）.在重稀土元素分离时,平衡负载甚至高达有机相正常负载的10%以上,严重影响了相关分离工艺的运行和实际分离效果.根据多组分萃取分离体系的萃取-反萃平衡和物料平衡关系,将平衡负载引入反萃取参数计算的物料平衡模型,对反萃过程进行了计算机仿真模拟,研究了反萃酸的相对流量、反萃级数等工艺条件对平衡负载量的影响.模拟结果表明,平衡负载随反萃级数和反萃酸流量的增大而减小;消除重稀土平衡负载、保证反萃完全需要较高的反萃酸耗和较长的反萃级数.在工业生产中,可根据实际分离需要选择相对经济的工艺条件,将平衡负载控制在合理的范围内.     

模拟萃合物二（二甲基甲酰胺）氯化醋酸铀酰ＵＯ２（ＯＡc）Cl（DMF）2的结构测

根据堆积模型可以推测新的萃取体系，最近，我们发现：不仅在两种萃取剂之间，而且在两种简单的萃取介质之间也可以产生协同效应，并且用实验证实了在醋酸盐与氯化物的混合介质中可以协同萃取铀酰。     

二-(2-乙基己基)磷酸与仲壬基苯氧基取代乙酸混合体系对稀土元素的萃取

考察了二-(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA,H2A2)和仲壬基苯氧基取代乙酸(CA100,H2B2)混合体系在HCl介质中对15种镧系元素(除钷)及钇的萃取性能,计算了稀土元素间的分离系数,并比较了混合萃取体系与D2EHPA单独萃取体系对稀土元素的分离能力.研究了D2EHPA-CA100混合体系对镧的协同萃取机理,用斜率法和恒摩尔法探讨了萃取反应方程式,考察了酸度、萃取剂浓度及温度对萃取性能的影响.结果表明:D2EHPA-CA100混合体系对镧系元素的协同效应随原子序数的增加而减弱.在适当的萃取剂配比下,此混合体系对某些稀土元素的分离能力优于D2EHPA,可用于这些稀土元素的分离.D2EHPA-CA100混合体系协同萃取镧的萃合物组成为LaH5A6B2,反应为吸热反应.     

《有机物络合萃取化学》（第二版）

本书分原理和应用两部分,重点介绍了络合萃取的化学原理、过程特征、萃取体系、分离工艺及模型预测、应用实例及前景。在有机物络合萃取机理分析和研究日趋深入的基础上,本次对全书进行了系统地修订,并重点对应用实例部分进行了必要的补充。