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溶剂萃取(液液萃取)的历史与重要性

溶剂萃取,又称液液萃取,它是利用溶质在两种互不相溶或部分互溶的液相之间的分配差异来实现混合物分离或提纯的方法。溶剂萃取法具有选择性好、回收率高、设备简单、操作简便、快速、分离效果好、适应性强、易于实现自动化和实现大规模连续化生产等特点。基于这些特点,溶剂萃取已经得到广泛应用,而且随着科技发展的需要,溶剂萃取在能源和资源利用、生物和医药工程、环境工程和高新材料的开发等方面的应用将更加广泛。当然,也面临着新的机遇和挑战。

溶剂萃取具有悠久的历史。人们很早就利用萃取方法来提取草药。萃取技术的研究可以追溯到19世纪中期,而首次具有重要意义的工业应用是20世纪初在石油工业中的芳烃抽提。随后又用于菜油的提取和青霉素的纯化等。随着石油炼制和化学工业的发展,液液萃取已广泛应用于石油化工的各类有机物分离和提纯工艺之中。更为广泛和更具有意义的是开发了具有螯合配位功能的有机化合物作为萃取剂,并基于它们与金属离子所形成的憎水性配合物的可萃性差异来实现金属离子的分离。这是原子能工业成功实现萃取法分离铀、钚和放射性同位素的基础。目前,在核燃料的加工和后处理领域,溶剂萃取法几乎完全代替了传统的化学沉淀法。

由于有色金属使用量剧增,开采的矿石品位又逐年降低,进而促进了萃取法在这一领域的迅速发展。用LIX63、LIX64、LIX65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜是20世纪70年代以来湿法冶金的重要成就之一。一般认为,只要价格与铜相当或超过铜的有色金属如钴、镍、锆、铪等,都应该优先考虑用溶剂萃取法进行提取,因而,有色金属冶炼已逐渐成为溶剂萃取应用的重要领域。稀土元素的萃取分离更是溶剂萃取施展才华的重要应用领域。从20世纪40年代开始的金属元素分离研究中,稀土就是人们关注的焦点。到70年代,萃取分离稀土的技术已经得到广泛应用,从70年代到90年代的这几十年时间里,稀土萃取技术达到了前所未有的水平,几乎所有的稀土元素都可以用这一方法来实现分离和纯化,产品纯度也从原先的99.9%提高到99.999%。只要应用需要,各种纯度要求的稀土产品都可以通过溶剂萃取法获得。

生化药物制备过程生成的复杂有机液体混合物中,大多为热敏性物质,选择适当的溶剂进行萃取分离,可以避免受热分解或降解,提高有效物质的收率。溶剂萃取在天然植物有效成分提取上的应用潜力大,如麻黄素的萃取分离、咖啡因的萃取分离、银杏黄酮的提取和浓缩等。用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素是香料工业中应用萃取方法的例证。在食品工业中,液液萃取方法也是一种常用的分离提纯手段。在油脂加工过程中可以利用萃取手段脱除游离脂肪酸和脱蜡,油脂生产的副产品中的有价物质,如维生素E、磷脂等常用萃取法提取分离。食品中的功能性成分或风味物质以及香料的提取一般采用浸取或水蒸气蒸馏得到粗产物,然后利用萃取方法从提取液中分离纯化某种特定成分。

溶剂萃取方法在环境工程领域,特别是水处理工程方面也得到了广泛的应用。废水成分复杂多变,包括各种有机物或汞、镉、铬等重金属化合物。溶剂萃取具有很强的适应性和有效的分离效果,可以根据分离对象的不同和处理要求,选择适当的萃取剂和萃取工艺流程。另外,溶剂萃取通常在常温或较低温度下进行,能耗比较低,易于实现连续化操作,是一种常用的废水处理方法。在工业水处理中,废液萃取脱除酚类是溶剂萃取应用于环境工程的典型范例。

随着现代工业的发展,人们对分离技术提出了越来越高的要求。高纯物质的制备、各类产品的深加工、资源的综合利用、环境治理严格标准的执行,极大地促进了分离科学和技术的发展。面对新的分离要求,作为“成熟”的单元操作,萃取分离也面临着新的挑战。在传统萃取单元操作的基础上,萃取分离与其他单元操作过程的耦合、萃取分离与反应过程的耦合、利用化学作用或附加外场强化萃取分离过程,发展耦合技术实现萃取过程强化,已经成为萃取分离领域研究开发的重要方向,并已经展现了广阔的应用前景。

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