액-액 추출

Liquid–liquid extraction
액체-액체 추출에 사용되는 분리 깔때기로, 두 가지 혼합되지 않는 액체에서 분명히 알 수 있습니다.

액체-액체 추출(solvent extraction and partitioning) 또는 용매 추출(solvent extraction and partitioning)은 혼합물 또는 금속 복합체를 분리하는 방법으로, 일반적으로 물(polar)과 유기 용매(non-polar)의 서로 다른 두 가지 혼합물 액체에 대한 상대적 용해도를 기반으로 합니다. 하나의 액체에서 다른 액체 상으로, 일반적으로 수성에서 유기로, 하나 이상의 종의 순 이동이 있습니다. 전송은 화학적 전위에 의해 구동됩니다. 즉, 전송이 완료되면 용질과 용매를 구성하는 화학 성분의 전체 시스템이 보다 안정적인 구성(낮은 자유 에너지)이 됩니다. 용질이 풍부한 용매를 추출물이라고 합니다. 용질이 고갈된 사료 용액을 라피네이트라고 합니다. 액체-액체 추출은 화학 실험실의 기본 기술로, 분리 깔때기에서 믹서 정착기라고 불리는 역류 분배 장비에 이르기까지 다양한 장치를 사용하여 수행됩니다.[not verified in body] 이러한 유형의 프로세스는 일반적으로 작업의 일부로 화학 반응 후에 수행되며, 종종 산성 작업을 포함합니다.

분할이라는 용어는 액체-액체 추출과 관련된 기본적인 화학적 및 물리적 프로세스를 나타내는 데 일반적으로 사용되지만, 다른 판독값에서는 완전히 동일한 의미일 수 있습니다. 용매 추출이라는 용어는 적절한 용매에 물질을 우선적으로 용해시켜 혼합물로부터 물질을 분리하는 것을 지칭할 수도 있습니다. 그 경우, 용해성 화합물은 불용성 화합물 또는 복합 매트릭스로부터 분리됩니다.[not verified in body]

수력학적 관점에서 용매 추출은 우라늄 및 플루토늄, 지르코늄 및 하프늄의 분리 및 정제, 코발트 및 니켈의 분리, 희토류 원소의 분리 및 정제 등에 독점적으로 사용되며, 매우 유사한 금속이라도 선택적으로 분리할 수 있다는 점이 가장 큰 장점입니다. 금속 값을 침전시키거나 증착할 수 있는 '적재된' 유기에서 금속 값을 '스트리핑'할 때 고순도 단일 금속 스트림을 얻습니다. 스트리핑은 추출과 반대입니다. 유기상에서 수성상으로 질량의 이동.

액체-액체 추출은 또한 미세 유기 화합물 생산, 향수 가공, 식물성 오일 및 바이오 디젤 생산 및 기타 산업에 널리 사용됩니다.[not verified in body] 가장 일반적인 초기 분리 기술 중 하나이지만, 밀접하게 관련된 기능 그룹을 추출하는 데는 약간의 어려움이 있습니다.

액체-액체 추출은 미세 유체 장치에서 상당히 가속화될 수 있어 기존 추출기에 비해 추출 및 분리 시간을 분/시간에서 단 몇 초로 단축할 수 있습니다.

액체-액체 추출은 비수계에서 가능합니다. 용융염과 접촉하는 용융 금속으로 구성된 시스템에서 금속은 한 상에서 다른 상으로 추출될 수 있습니다. 이것은 금속이 환원될 수 있는 수은 전극과 관련이 있으며, 금속은 종종 수은에 용해되어 전기화학을 크게 수정하는 아말감을 형성합니다. 예를 들어, 나트륨 양이온이 수은 음극에서 환원되어 아말감 나트륨을 형성하는 반면, 불활성 전극(백금과 같은)에서는 나트륨 양이온이 환원되지 않는 것이 가능합니다. 대신 물은 수소로 환원됩니다. 세제나 고운 고체를 사용하여 에멀젼 또는 3상을 안정화할 수 있습니다.[not verified in body]

유효성 측정

배분비율

용매 추출에서 분포 비율은 종종 종이 얼마나 잘 추출되었는지를 나타내는 척도로 인용됩니다. 분포비(Kd)는 유기상 중 용질의 농도를 수성상 중의 농도로 나눈 값과 같습니다. 시스템에 따라 분포 비율은 온도, 시스템 내 화학 종의 농도 및 기타 많은 매개 변수의 함수가 될 수 있습니다. D는 추출 공정의 δ G와 관련이 있습니다.

때로는 분포 비율을 분할 계수라고 하며, 이를 로그로 표현하기도 합니다. 두 무기 고체(지르코놀라이트와 페로브스카이트) 사이의 우라늄과 넵투늄의 분포 비율이 보고되었습니다.[2] 용매 추출에서는 섞이지 않는 두 액체를 함께 흔듭니다. 더 많은 극성 용질이 더 많은 극성 용매에 우선적으로 용해되고 더 적은 극성 용매에 더 적은 극성 용질이 더 적게 용해됩니다. 이 실험에서는 비극성 할로겐이 비극성 광유에 우선적으로 용해됩니다.[3]

분포 비율과 분할 계수가 동의어로 사용되는 경우가 많지만 반드시 그렇지는 않습니다. 특정 단계에서 용질이 둘 이상의 형태로 존재할 수 있으며, 이는 분할 계수(Kd)와 분배 비율(D)이 서로 다른 값을 갖는다는 것을 의미합니다. 이는 분할 계수가 두 상 사이의 용질 분할에 대해 고정된 값을 가지므로 용매 내의 다른 조건에 따라 분배 비율이 변하므로 중요한 차이입니다.[4]

액-액 추출을 수행한 후, 추출의 각 단계에서 용액의 총 농도의 비율을 정량적으로 측정해야 합니다. 이 정량적인 측도는 분포 비율 또는 분포 계수로 알려져 있습니다.[5]

분리계수

분리 계수는 한 분배 비율을 다른 분배 비율로 나눈 값이며, 이는 시스템이 두 용질을 분리하는 능력을 나타내는 척도입니다. 예를 들어, 니켈(D)의 분포 비율이 10이고 은(D)의 분포 비율이 100인 경우, 은/니켈 분리 계수(SF)는 D/D = SF = 10과 같습니다.

제염계수

이는 제품에서 오염 물질을 제거하는 공정의 능력을 표현하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 공정에 1:9 카드뮴과 인듐의 혼합물을 공급하고 제품이 카드뮴과 인듐의 1:99 혼합물인 경우, 공정의 제염 계수(카드뮴 제거에 대한)는 0.11 / 0.01 = 11입니다.

그래프의 기울기

추출 메커니즘을 쉽게 계산하는 방법은 그래프를 그리고 기울기를 측정하는 것입니다. 추출 시스템의 경우 D 값이 시약(Z) 농도의 제곱에 비례하면 log10([Z])에 대한 log10(D) 그래프의 기울기는 2가 됩니다.

성공의 척도

액-액 추출의 성공 여부는 분리 계수와 오염 제거 계수를 통해 측정됩니다. 추출 컬럼의 성공을 이해하는 가장 좋은 방법은 액체-액체 평형(LLE) 데이터 세트를 사용하는 것입니다. 그런 다음 데이터 세트를 곡선으로 변환하여 두 단계 사이의 용질의 정상 상태 분할 동작을 결정할 수 있습니다. y축은 추출물(용매) 상에서의 용질의 농도이고, x축은 라피네이트 상에서의 용질의 농도입니다. 여기에서 프로세스 최적화 단계를 결정할 수 있습니다.[7]

기술

일괄 처리 방식의 단일 단계 추출

이것은 일반적으로 화학 실험실에서 소규모로 사용됩니다. 분리 깔때기를 사용하는 것이 일반적입니다. 프로세스에는 DLLME 및 직접 유기 추출이 포함됩니다. 평형화 후에는 추가 처리를 위해 원하는 용질을 포함하는 추출 단계를 분리합니다.

분산액-액체 미세추출(DLLME)

물 샘플에서 소량의 유기 화합물을 추출하는 데 사용되는 공정입니다.[8] 이 공정은 소량의 적절한 추출 용매(CCl24)와 분산 용매(acetone)를 수용액에 주입하여 수행됩니다. 그런 다음 생성된 용액을 원심분리하여 유기층과 수성층을 분리합니다. 이 공정은 물 샘플에서 치환된 벤젠 화합물뿐만 아니라 유기염화물 및 유기흡충 살충제와 같은 유기 화합물을 추출하는 데 유용합니다.[8]

직접적인 유기추출

유기 용매(톨루엔, 벤젠, 자일렌)에 부분적으로 유기 가용성 샘플을 혼합함으로써 유기 가용성 화합물이 용매에 용해되고 분리 깔때기를 사용하여 분리될 수 있습니다. 이 과정은 단백질, 특히 포스포단백질 및 포스포펩티드 포스파타제의 추출에 유용합니다.[9]

이 응용의 또 다른 예는 에테르를 사용하여 물과 5% 아세트산의 혼합물에서 아니솔을 추출한 다음 아니솔이 유기상으로 들어갑니다. 그런 다음 두 단계가 분리됩니다. 그런 다음 유기 추출물을 중탄산나트륨으로 흔들어 아세트산을 유기상에서 스크럽(제거)할 수 있습니다. 아세트산은 중탄산나트륨과 반응하여 아세트산나트륨, 이산화탄소 및 물을 형성합니다.

직접 유기농 추출을 사용하여 원두와 찻잎에서 카페인을 추출할 수도 있습니다. 원두나 잎을 에틸 아세테이트에 적셔 카페인을 유리하게 용해시켜 커피나 차 맛의 대부분을 초기 샘플에 남겨둘 수 있습니다.[10]

다단대향류연속공정

코플로어 연속 대향류 추출기입니다.

이들은 란타넘족과 같은 금속 가공에 일반적으로 사용됩니다. 란타넘족 사이의 분리 인자가 매우 작기 때문에 많은 추출 단계가 필요합니다.[11] 다단계 공정에서, 하나의 추출 유닛으로부터 수성 라피네이트는 수성 피드로서 다음 유닛으로 공급되고, 유기 상은 반대 방향으로 이동됩니다. 따라서 각 단계에서 두 금속 사이의 분리가 작더라도 전체 시스템은 더 높은 제염 계수를 가질 수 있습니다.

란타넘족 분리를 위해 다단계 대전류 어레이가 사용되었습니다. 양호한 공정 설계를 위해서는 공정의 추출 부분에서 분포 비율이 너무 높거나(>100) 너무 낮거나(<0.1) 없어야 합니다. 공정에는 원치 않는 금속을 유기상에서 스크러빙하기 위한 섹션이 있고 마지막으로 금속을 유기상에서 다시 얻기 위한 스트리핑 섹션이 있는 경우가 많습니다.

믹서-세틀러

믹서-세틀러 카운터의 배터리는 현재 상호 연결되어 있습니다. 각 믹서-세틀러 장치는 단일 단계의 추출을 제공합니다. 믹서 정착기는 위상을 함께 혼합하는 첫 번째 단계와 중력에 의해 위상을 분리할 수 있는 정지 정착 단계로 구성됩니다.

오일 및 물 혼합물의 연속 분리

새로운 침전 장치인 수딘 바이오세틀러는 단순한 중력 침전물보다 훨씬 빠른 속도로 유수 에멀젼을 연속적으로 분리할 수 있습니다. 이 사진은 외부 저장소에서 임펠러에 의해 교반되어 BioSettler의 두 개의 하단 측면 포트로 연속적으로 펌핑된 유수 에멀젼입니다. BioSettler 상단을 통해 빠져나가는 투명한 유기(광유) 층과 BioSettler 하단에서 연속적으로 펌핑되는 수성(빨간색 식품 염료로 착색된) 층으로 매우 빠르게 분리됩니다.

다단 대전류 공정에서, 복수의 혼합기 정착기는, 각 단의 교대 단부에 위치하는 혼합 및 침강 챔버를 구비하여 설치됩니다(침강부의 출구는 인접한 단의 혼합부의 입구를 공급하기 때문에). 혼합기 정착기는 공정에 더 긴 체류 시간이 필요하고 용액이 중력에 의해 쉽게 분리되는 경우에 사용됩니다. 이들은 큰 설비 설치 공간을 필요로 하지만 많은 헤드스페이스를 필요로 하지 않으며 가끔 믹싱 모터를 교체하기 위해 제한된 원격 유지보수 기능이 필요합니다(Colven, 1956; Davidson, 1957).[12]

대전류 추출을 위한 믹서-settlers의 4단 배터리입니다.

원심분리기

원심 추출기는 하나의 단위로 혼합하고 분리합니다. 회전 로터와 고정 하우징 사이에 최대 6000RPM의 속도로 두 액체가 집중적으로 혼합됩니다. 이것은 수성 상에서 유기 상으로 이상적인 물질 전달을 위한 훌륭한 표면을 발달시킵니다. 200~2000g에서는 두 단계가 다시 분리됩니다. 원심 추출기는 공정의 용매를 최소화하고 용매 내 제품 부하를 최적화하며 수상을 완전히 추출합니다. 역류 및 교차 전류 추출을 쉽게 설정할 수 있습니다.[13]

화학적 변화 없이 추출

비활성 가스와 같은 일부 용질은 화학 반응 없이 한 상에서 다른 상으로 추출할 수 있습니다(흡수 참조). 이것은 가장 간단한 유형의 용매 추출입니다. 용매를 추출하면 섞이지 않는 두 액체가 함께 흔들립니다. 더 많은 극성 용질이 더 많은 극성 용매에 우선적으로 용해되고 더 적은 극성 용매에 더 적은 극성 용질이 더 적게 용해됩니다. 첫 눈에 보이지 않는 일부 용질은 추출 과정에서 반응이 일어나는 것으로 보이며, 농도와 무관한 분포 비율을 가지고 있지 않습니다. 대표적인 예가 벤젠과 같은 비극성 매체에 카르복실산(HA)을 추출하는 것입니다. 여기서, 카르복실산이 유기층에 이량체를 형성하여 산 농도에 따라 분포 비율이 변경되는 경우가 많습니다(어느 단계에서나 측정됨).

이 경우, 추출 상수 k는 k = [HA]/[HA]로 기술됩니다.

해결기전

용매 추출을 사용하면 적절한 유기 추출 용매와 희석제를 사용하여 선택적인 방법으로 산 용액에서 우라늄, 플루토늄, 토륨 및 많은 희토류 원소를 추출할 수 있습니다. 이러한 목적을 위해 사용되는 용매 중 하나는 유기인산 트리부틸 포스페이트(TBP)입니다. 핵 재처리에 일반적으로 사용되는 PUREX 공정은 트리-n-부틸 인산염과 불활성 탄화수소(등유)의 혼합물을 사용하며, 우라늄(VI)은 강한 질산에서 추출되어 약한 질산을 사용하여 역추출(스트립)됩니다. 유기 가용성 우라늄 복합체[UO2(TBP)(2NO3)]2가 형성된 다음 우라늄을 담지한 유기층을 묽은 질산 용액과 접촉시키고, 평형이 유기 가용성 우라늄 복합체에서 벗어나 묽은 질산에서 유리 TBP 및 우라닐 질산염 쪽으로 이동됩니다. 플루토늄(IV)는 우라늄(VI)과 유사한 복합체를 형성하지만 플루토늄을 제거하는 방법은 한 가지 이상이 있습니다. 플루토늄을 3가 산화 상태로 전환시키는 환원제를 추가할 수 있습니다. 이 산화 상태는 질산염 농도가 매우 높지 않는 한 TBP 및 질산염과 안정적인 복합체를 형성하지 않습니다(수상에서는 약 10 mol/L의 질산염이 필요함). 또 다른 방법은 단순히 묽은 질산을 플루토늄의 박리제로 사용하는 것입니다. 이 PUREX 화학은 용액 추출의 전형적인 예입니다. 이 경우 D = k [TBP][아니요3-.2

이온 교환 메커니즘

또 다른 추출 메커니즘은 이온 교환 메커니즘으로 알려져 있습니다. 여기서 수성상에서 유기상으로 이온이 전달되면 전하 균형을 유지하기 위해 다른 방향으로 이온이 전달됩니다. 이 추가 이온은 종종 수소 이온입니다. 이온 교환 메커니즘의 경우 분포 비율은 종종 pH의 함수입니다. 이온 교환 추출의 예로는 tert-부틸 벤젠에서 테르피리딘과 카르복실산의 조합에 의한 아메리슘의 추출이 있습니다. 이 경우

D = k [테르피리딘][carboxy][H]

또 다른 예는 다이알킬 포스핀산(RPOH22)에 의해 아연, 카드뮴 또는 납을 알칸과 같은 비극성 희석제로 추출하는 것입니다. 비극성 희석제는 전하를 띠지 않은 비극성 금속 복합체의 형성을 선호합니다.

일부 추출 시스템은 용해 및 이온 교환 메커니즘을 통해 금속을 추출할 수 있으며, 그러한 시스템의 예로는 삼차-부틸 벤젠의 6,6'-비스-(5,6-디펜틸-1,2,4-트리아진-3-일)-2,2'-비피리딘 및 2-브로모헥사노익산의 조합에 의한 질산으로부터 아메리슘(및 란탄) 추출이 있습니다. 높은 질산 농도와 낮은 질산 농도 모두에서 중간 질산 농도보다 금속 분포 비율이 높습니다.

이온쌍 추출

금속을 추출하기 위해 카운터이온을 신중하게 선택하면 가능합니다. 예를 들어, 질산염 농도가 높은 경우 혼합물에 친유성 4차 암모늄염이 포함된 경우 아메리슘을 음이온성 질산염 복합체로 추출할 수 있습니다.

'평균적인' 화학자가 더 많이 만날 수 있는 예는 상전이 촉매를 사용하는 것입니다. 이것은 다른 이온을 유기상으로 전달하는 전하를 띤 종입니다. 이온은 반응한 다음 또 다른 이온을 형성하고, 다시 수성상으로 이동합니다.

예를 들어, 아세트산염 음이온을 니트로벤젠으로 전달하기 위해서는 31.1 kJ mol이−1 필요하고,[14] 염화물 음이온을 수상에서 니트로벤젠으로 전달하기 위해서는 43.8 kJ mol이−1 필요합니다.[15] 따라서, 반응에서 수성상이 아세트산나트륨 용액이고 유기상이 염화벤질의 니트로벤젠 용액인 경우, 상전이 촉매인 경우, 수성층으로부터 아세트산 음이온이 전달되어 염화벤질과 반응하여 아세트산벤질 및 염화 음이온을 형성할 수 있습니다. 그런 다음 염화물 음이온이 수상으로 이동합니다. 음이온의 전달 에너지는 반응에 의해 주어진 에너지에 기여합니다.

만약 니트로벤젠에서 테트라알킬암모늄 아세테이트 1당량을 사용하여 반응을 했다면, 43.8~31.1kJ mol = 12.7kJ mol의 추가 에너지가 반응에 의해 방출됩니다.

수성 2상 추출물의 종류

폴리머-폴리머 시스템. 폴리머-폴리머 시스템에서 두 상 모두 용해된 폴리머에 의해 생성됩니다. 중상은 일반적으로 다당류이고, 경상은 일반적으로 폴리에틸렌 글리콜(PEG)입니다. 전통적으로 사용되는 다당류는 덱스트란입니다. 그러나 덱스트란은 상대적으로 고가이며, 연구는 무거운 상을 생성하기 위해 더 저렴한 다당류를 사용하는 것을 탐구하고 있습니다. 분리되는 표적 화합물이 단백질 또는 효소인 경우, 표적에 대한 리간드를 중합체 상 중 하나에 통합하는 것이 가능합니다. 이렇게 하면 대상의 해당 단계에 대한 선호도가 향상되고 한 단계에서 다른 단계로 분할할 수 있는 능력이 향상됩니다. 이것은 용매나 다른 변성제가 없을 뿐만 아니라 폴리머-폴리머 추출을 단백질 정제를 위한 매력적인 옵션으로 만듭니다. 폴리머-폴리머 시스템의 두 단계는 종종 밀도가 매우 비슷하고 표면 장력이 매우 낮습니다. 이 때문에 고분자-고분자 시스템을 탈혼합하는 것이 용매 추출을 탈혼합하는 것보다 훨씬 더 어려운 경우가 많습니다. 탈혼합을 개선하는 방법에는 원심분리 및 전기장 적용이 있습니다.

폴리머-염 시스템. 농축된 염 용액으로 중상을 생성하여 수성 2상 시스템을 생성할 수도 있습니다. 사용되는 폴리머 상은 일반적으로 여전히 PEG입니다. 일반적으로 NaPO와34 같은 코스모트로픽 염이 사용되지만, 염 농도가 충분히 높을 때 PEG-NaCl 시스템이 문서화되었습니다. 폴리머-염 시스템은 쉽게 분해되기 때문에 사용하기가 더 쉽습니다. 그러나 높은 염 농도에서 단백질은 일반적으로 변성되거나 용액에서 침전됩니다. 따라서 고분자-염 시스템은 단백질을 정제하는 데 유용하지 않습니다.

이온 액체 시스템. 이온성 액체는 녹는점이 낮은 이온성 화합물입니다. 기술적으로 수성은 아니지만 최근 연구에서는 유기 용매를 사용하지 않는 추출에 사용하는 실험을 했습니다.

DNA 정제

본문 : DNA추출

샘플에서 DNA를 정제하는 능력은 많은 현대 생명 공학 과정에서 중요합니다. 그러나 샘플에는 표적 DNA가 정제되기 전에 분해되는 뉴클레아제가 포함되어 있는 경우가 많습니다. DNA 조각이 고분자-염 분리 시스템의 광상으로 분할된다는 것이 밝혀졌습니다. 뉴클레아제를 결합하고 비활성화하는 것으로 알려진 리간드가 중합체 상에 통합되면 뉴클레아제는 무거운 상으로 분할되어 비활성화됩니다. 따라서 이 폴리머-염 시스템은 샘플에서 DNA를 정제하는 동시에 뉴클레아제로부터 DNA를 보호하는 데 유용한 도구입니다.[citation needed]

식품산업

PEG-NaCl 시스템은 펩티드 및 핵산과 같은 작은 분자를 분할하는 데 효과적인 것으로 나타났습니다. 이러한 화합물은 종종 향미제 또는 냄새제입니다. 그런 다음 이 시스템은 식품 산업에서 특정 맛을 분리하거나 제거하는 데 사용할 수 있습니다. 카페인 추출은 이전에는 액체-액체 추출, 특히 직간접 액체-액체 추출(스위스 워터법)을 사용했지만 이후 가격이 저렴하고 상업적 규모로 수행할 수 있어 초임계 CO로2 이동했습니다.[17][18]

분석화학

종종 분석을 방해하는 샘플 처리의 한 단계에 존재하거나 필요한 화학종이 있습니다. 예를 들어, 일부 공기 모니터링은 관심 분석 물질을 안정화 또는 유도체화하기 위해 화학 물질로 코팅된 수착 입자로 채워진 작은 유리 튜브를 통해 공기를 끌어들여 수행됩니다. 코팅은 기기를 손상시키거나 분석을 방해할 정도의 농도 또는 특성일 수 있습니다. 시료를 비극성 용매(톨루엔 또는 이황화탄소 등)를 사용하여 흡착제에서 추출할 수 있고, 코팅이 극성(HBr 또는 인산 등)인 경우 용해된 코팅이 수성 상으로 분할됩니다. 극성 추출 용매와 비극성 용매를 사용하여 비극성 간섭체를 분할하는 것은 분명히 그 반대입니다. 그런 다음 유기상(또는 후자의 경우, 극상)의 작은 부분 샘플을 기기에 주입하여 분석할 수 있습니다.

광산 정화

아민은 질소 원자 위에 수소 원자와 비교적 약한 결합을 형성할 수 있는 한 쌍의 전자를 가지고 있습니다. 따라서 산성 조건에서는 일반적으로 아민이 양성자화되어 양전하를 띠고 기본 조건에서는 일반적으로 탈양성자화되고 중성입니다. 충분히 저분자량의 아민은 다소 극성이고 물과 수소 결합을 형성할 수 있으므로 수용액에 쉽게 용해됩니다. 반면에 탈양성자화된 아민은 중성이고 기름지고 비극성 유기 치환체를 가지므로 비극성 무기 용매에 대한 친화성이 더 높습니다. 이러한 정제 단계는 아민의 수용액을 수산화나트륨과 같은 염기로 중화한 다음 물과 섞이지 않는 비극성 용매로 분리 깔때기에서 흔드는 방법으로 수행될 수 있습니다. 그런 다음 유기상이 배출됩니다. 후속 처리는 재결정, 증발 또는 증류와 같은 기술에 의해 아민을 회수할 수 있으며, 후속 추출은 HCl을 첨가하고 분리 깔때기에서 다시 흔들어(불용성 카운터이온을 첨가하여 암모늄 이온을 회수할 수 있음), 또는 두 단계 중 하나로 수행될 수 있습니다. 반응은 화학 합성의 일부로 수행될 수 있습니다.

온도 스윙 용매 추출

주요 기사: 담수화 § 온도_스윙_용제_추출

온도 스윙 용매 추출은 식수 담수화를 위한 실험 기법입니다. 물 속 염분 함량을 98.4%까지 제거하는 데 사용되었으며 역삼투압을 사용하여 담수화할 수 없는 과식염수를 처리할 수 있습니다.[19]

추출의 동역학

두 단계 사이에 용질이 전달되는 속도를 조사하는 것이 중요하며, 어떤 경우에는 접촉 시간을 변경하여 추출의 선택성을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 팔라듐 또는 니켈의 추출은 매우 느릴 수 있는데, 이는 이러한 금속 중심에서의 리간드 교환 속도가 철 또는 은 복합체의 속도보다 훨씬 낮기 때문입니다.

수성착색제

착화제가 수상에 존재하면 분포 비율을 낮출 수 있습니다. 예를 들어, 요오드가 물과 사염화탄소와 같은 불활성 유기 용매 사이에 분포하는 경우, 수성 상에 요오드가 존재하면 추출 화학이 변경될 수 있습니다. + 가 상수가 되는 대신.

+ = k[I(유기)]/[I(aq)]

요오드가 요오드화물과 반응하여 I를3− 형성하기 때문입니다. I3− 음이온은 상당히 일반적인 폴리할라이드 음이온의 예입니다.

산업공정설계

일반적인 시나리오에서, 산업 공정은 용질이 수성 상에서 유기 상으로 이동되는 추출 단계를 사용할 것입니다. 이 단계는 종종 원하지 않는 용질을 유기 상에서 제거하는 스크러빙 단계, 그리고 나서 원하는 용질을 유기 상에서 제거하는 스트리핑 단계가 뒤따릅니다. 그런 다음 유기상을 처리하여 다시 사용할 수 있도록 준비할 수 있습니다.[20][21]

사용 후에는 유기상을 세척하여 분해 생성물을 제거할 수 있습니다. 예를 들어, PUREX 공장에서는 사용된 유기상을 탄산나트륨 용액으로 세척하여 존재할 수 있는 인산이부틸수소 또는 인산이부틸수소를 제거합니다.

액-액 평형 계산

상평형을 계산하기 위해서는 NRTL, UNIQUAC 등과 같은 열역학적 모델을 사용해야 합니다. 이러한 모델의 해당 매개변수는 문헌(예: Dechema Chemistry Data Series, 도르트문트 Data Bank 등) 또는 실험 데이터의 상관 프로세스를 통해 얻을 수 있습니다.[22][23][24][25]

장비.

실험실 규모의 액체-액체 추출 중 상분리. 벤조에이트 음이온으로 벤조산을 제거하기 위해 MTBE의 상부 유기 에테르 용액을 하부 알칼리성 중탄산나트륨 수용액으로 추출하여 유기상에 비산성 유기인 벤질(benzil)(색상이 노란색)을 남깁니다.

용매 추출은 종종 분리 깔때기, 크레이그 장치 또는 막 기반 기술을 사용하여 합성 실험실 화학자에 의해 소규모로 수행되지만 [26]일반적으로 두 액상을 서로 접촉시키는 기계를 사용하여 산업 규모에서 수행됩니다. 이러한 기계에는 원심 접촉기, 얇은 층 추출, 스프레이 기둥, 펄스 기둥 및 혼합기 정착기가 포함됩니다.

금속의 추출

다양한 금속의 추출 방법은 다음과 같습니다.[27][28]

코발트

메타-자일렌에서 Alamine 336(tri-octyl/decylamine)을 사용하여 염산으로부터 코발트를 추출하는 방법.[29] 코발트는 Ionquest 290 또는 Cyanex 272 {bis-(2,4,4-트리메틸펜틸) 포스핀산}을 사용하여 추출할 수도 있습니다.

구리

구리는 추출제로서 하이드록시옥심을 사용하여 추출될 수 있으며, 최근 논문에서는 코발트 및 니켈보다 구리에 대해 우수한 선택성을 갖는 추출제에 대해 설명합니다.[30]

네오디뮴

희토류 원소 네오디뮴은 디(2-에틸-헥실)인산에 의해 이온 교환 메커니즘에 의해 헥산으로 추출됩니다.[31]

니켈

니켈은 탄화수소 희석제(Shellsol)에서 di(2-ethyl-hexyl)인산과 인산 트리부틸을 사용하여 추출할 수 있습니다.[32]

팔라듐 및 백금

디알킬 황화물, 인산 트리부틸 및 알킬 아민은 팔라듐 및 백금 추출에 사용되었습니다.[33][34]

폴로늄

폴로늄은 자연 상태의 Bi 원자로에서 생성되어 중성자를 폭격하여 Bi를 생성한 다음 베타 마이너스 붕괴를 통해 Po로 붕괴됩니다. 최종 정제는 500℃에서 액체-액체 추출 대 수산화나트륨으로 열화학적으로 수행됩니다.[35]

아연과 카드뮴

아연과 카드뮴은 모두 이온 교환 과정에 의해 추출되며, N,N,N',N'-테트라키스(2-피리딜메틸)에틸렌디아민(TPEN)은 아연의 마스킹제 및 카드뮴의 추출제 역할을 합니다.[36] 수정된 Zinx 공정에서 아연은 용매 추출에 의해 대부분의 2가 이온으로부터 분리됩니다. 이를 위해 D2EHPA(Di(2)에틸헥실인산)를 사용합니다. 아연 이온은 두 개의 D2EHPA 분자에서 양성자를 대체합니다. D2EHPA에서 아연을 제거하기 위해 황산은 170g/L(일반적으로 240-265g/L) 이상의 농도로 사용됩니다.

리튬

리튬 이온 배터리의 수요가 높기 때문에 리튬 추출이 더 인기가 있습니다. TBP(Tri-butyl phosphate) 및 FeCl은3 주로 염수(Li/Mg ratio가 높음)에서 리튬을 추출하는 데 사용됩니다.[37] 또는 Cyanex 272를 사용하여 리튬을 추출했습니다. 리튬 이온과 추출제의 배위결합이 약해 리튬 추출의 메커니즘이 코발트와 같은 다른 금속과 다르게 발견되었습니다.[38]

참고 항목

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