超分子化學論文精選(九篇)

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第1篇：超分子化學論文范文

在重點院校中，學生素質(zhì)相對較高，數(shù)學、物理學習能力普遍較強，對結(jié)構(gòu)化學的作用與地位認識也相對較好，可能較少存在結(jié)構(gòu)化學“無用”的觀念;而在地方高校的化學專業(yè)學生中，有相當一部分學生存在認識誤區(qū)，特別是有一些不考結(jié)構(gòu)化學的考研學生和畢業(yè)后將從事中學教學的學生具有“結(jié)構(gòu)化學無用”的思想。作為教師，應該認識到這一問題的嚴重性。通過這幾年的實踐證明提高學生認識，堅定學習信心，對消除學生學習結(jié)構(gòu)化學“無用”的觀念以及畏難的心理是很必要和有效的。因此，在開課之前必須詳細介紹該課程在整個化學中所處的地位和作用，闡明學習結(jié)構(gòu)化學的重要意義。

注重對量子化學發(fā)展史和研究結(jié)構(gòu)

化學的科學方法的介紹任何一門學科都有其發(fā)生和發(fā)展的過程，學習知識時若不從歷史中尋找借鑒，就易把知識當成是“終極真理”而死記硬背，不求甚解。因此，在傳授知識的同時，應該介紹量子化學發(fā)展史，學習科學家勇于探索的精神，由師生共同創(chuàng)造一種嶄新的價值理念。例如普朗克(M．Planck)的“離經(jīng)叛道”的假設;德布羅意(deBroglie)波的提出是類比法的成功典范，戴維遜(C．Davisson)-革末(L．H．Germer)的因禍得福;狄拉克(Dirac)、薛定諤(E．Schrdinger)的異曲同工———薛定諤用數(shù)學形式開辟出量子力學的新體系;另外，還有一個德國物理學家海森堡提出一個矩陣力學體系，薛定諤用的是微積分形式，海森堡用的是代數(shù)形式;湯姆遜(Thomson)父子的珠聯(lián)壁合———父親發(fā)現(xiàn)了電子，兒子又證實了電子是波，父子二人在物理學方面進行接力研究，在科學史上傳為美談。還有徐光憲的巧妙規(guī)則，唐敖慶的獨辟蹊徑等［2］?？茖W的先驅(qū)是勇敢的探索者，他們常常在黑暗中摸索前進，他們的精神值得我們敬佩。學生聽到和看到這些史實，無不浮想聯(lián)翩，對優(yōu)化思維結(jié)構(gòu)，激發(fā)科學壯志都有潛移默化的作用。在傳授理論知識的同時，指導學生學會抽象思維和用數(shù)學工具處理問題，并運用類比、模擬的科學方法［3］，寓科學方法于教學內(nèi)容中。類比方法是提出和建立科學假說的重要方法。例如德布羅意假設是在光的波粒二象性思想啟發(fā)下，提出電子等實物微粒也具有波動性，他當時推導固然復雜些，從科學方法論的角度講，由光的波粒二象性到實物微粒的波粒二象性是一種類比推理。類比是利用兩個或兩類對象之間在某些方面的相似或相同，推出它們在其他方面也可能相似或相同的思維方法，是一種由特殊到特殊、由此及彼的過程。類比可以提供重要線索，啟迪思想，是發(fā)展科學知識的一種有效的試探方法。還有薛定諤受物質(zhì)波假說的啟發(fā)，引出了電子運動的波函數(shù)方程，他走的也是依賴類比的“近路”。許多化學問題的解決有賴于類比方法的使用，而類比方法的使用有可能形成簡捷的思維路徑。使學生在學習科學知識的同時，得到方法論的啟迪。在教學中應引導學生追蹤量子化學發(fā)展的足跡，不失時機地揭示其中的科學方法，更清楚地了解各種知識理論的相對合理性及有待完善的地方。這樣使學生在學習過程中不僅可以獲得化學知識，而且能學習科學家嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神和大膽創(chuàng)新的進取精神。

通過改進課程教學方法培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力

使用多種教學方法培養(yǎng)學生的理論思維能力與創(chuàng)新能力，是結(jié)構(gòu)化學課教學的重要目的。課堂教學是學生學習結(jié)構(gòu)化學的主要和基本的學習形式。課堂教學質(zhì)量的高低與課堂教學方法的運用有很大關(guān)系。以前我們采用的是“一言堂”的教學方式，這種教學方法壓抑了學生學習結(jié)構(gòu)化學的積極性和主動性，因此，根據(jù)教學內(nèi)容靈活地采用不同的教學方法是提高結(jié)構(gòu)化學課教學質(zhì)量的重要手段。結(jié)構(gòu)化學雖是理論性較強的學科，但與其他學科一樣，來源于對實驗現(xiàn)象的分析、思考，且要通過實踐來檢驗其結(jié)論正確與否，內(nèi)容博大精深，集科學性、思想性于一體，并具有前沿性。結(jié)構(gòu)化學教師必須重視對結(jié)構(gòu)化學教學方法的研究，針對不同教學內(nèi)容采取不同的教學方法，更好地提高教學質(zhì)量。我們采用的教學方法主要有:啟發(fā)式教學、互動式教學、討論式教學、對話式教學、模型教學和專題式教學，并布置小論文，開展學生的科技活動。如在課程討論時將學生分成幾個學習小組，針對不同主題進行討論，并在課堂上交流。把個體作業(yè)學習與大組討論交流結(jié)合起來，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。如布置“超分子結(jié)構(gòu)”為主題的小論文，許多學生通過期刊和網(wǎng)絡收集了大量與超分子結(jié)構(gòu)化學有關(guān)的信息，從不同角度撰寫了心得體會和小論文，有的學生還發(fā)表了自己的設想和見解。課程教學討論不僅豐富了學生的知識，而且也培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。利用多媒體輔助教學在有限的教學時間內(nèi)運用現(xiàn)代化教學手段，可以加大信息量。我們使用幻燈片和CAI課件，通過圖、文、聲、像等手段，把抽象的理論變成具體的形象，讓學生在直觀、生動的學習中加深對理論的理解。目前，我們研制的結(jié)構(gòu)化學CAI課件已連續(xù)使用幾屆，受到學生的好評。例如講授等徑球密堆積時，無論用黑板繪圖或圓球模型展示表現(xiàn)得都不夠清楚，現(xiàn)在用多媒體課件，動態(tài)演示等徑球一層層的排列方式，效果很明顯。必修課與選修課相結(jié)合在上好必修課的同時，開設量子化學、波譜學、化學中的數(shù)學方法等選修課，理論與實踐相結(jié)合，以科學方法啟迪學生的創(chuàng)新思想。以科研促教學從專業(yè)基礎(chǔ)知識的結(jié)構(gòu)上看，結(jié)構(gòu)化學課程是基礎(chǔ)課和專業(yè)課的樞紐課程，是介于本科生學習和畢業(yè)論文之間承上啟下的課程。結(jié)構(gòu)化學課程理論性強，但實踐性也很重要，有些知識一直影響到學生的碩士、博士學位論文［4］。因此，科研進教學、教學促科研的雙向互動就顯得很重要。結(jié)構(gòu)化學教學內(nèi)容基本是20世紀的科研成果。我們發(fā)揮科研背景優(yōu)勢，在教學中不斷將當前的科研成果融入教學，以使課堂內(nèi)容具有豐富性、代表性、創(chuàng)造性和啟發(fā)性，能跟上時代前進的步伐。在開展第二課堂活動中，通過設計專題科研實驗，使學生能有更多機會加入到自身科研之中，有時間和空間從事自己有興趣的課題研究;通過使用Origin，Chemistry3D等軟件制作分子結(jié)構(gòu)及其軌道圖;利用Gaussian98以及GaussView等專業(yè)軟件開展分子設計與量子化學計算模擬實驗，幫助學生學習與理解自洽場運算原理、原子軌道、分子軌道及其能量電荷分布、熱化學性質(zhì)、簡諧振動、對稱性等相關(guān)知識。在科研過程中，學生有了正確的科研方向和學習目的，能有針對性地查閱最新資料，及時了解學科前沿，從而改變了被動學習的局面。

第2篇：超分子化學論文范文

最后得到的最佳實驗方案為：呋喃甲醛與間苯二酚的物料比為1：1，溶劑中乙醇、水、鹽酸按10：9：1的比例配比，反應溫度設定為70℃，最佳的反應時間為4h，滴加速度為2秒/滴。

關(guān)鍵詞：杯芳烴 呋喃甲基杯[4]間苯二酚芳烴 合成

杯芳烴是一類具有獨特空穴結(jié)構(gòu)的大環(huán)化合物，是繼冠醚和環(huán)糊精之后的第三代超分子主體化合物。以其易修飾、空腔大小可調(diào)、對離子或分子客體均能識別等特性，日益受到人們的重視。功能化杯芳烴在生命科學、分離技術(shù)等領(lǐng)域有廣闊的應用前景。近年來，國內(nèi)外化學界對此研究異?；钴S。

一、題目研究的目的

杯芳烴自從被發(fā)現(xiàn)，在長時間的研究與探索后，實現(xiàn)了工業(yè)上的實際應用，具體有如下情況：

1.金屬離子的回收

最早的應用是Izatt等利用杯芳烴的液膜傳輸性能從核廢料中回收金屬銫[1,2]?；厥昭b置包括三個液相：第一個液相為含大量均裂變的降解產(chǎn)物的強堿性水溶液，用作源相，其中有銫；第二相為一定比例的二氯甲烷和四氯化碳組成有機液膜相，1mM的杯[8]芳烴溶于其中；第三相為二次蒸餾水，用作吸收相。Cs+通過第二相從第一相進入第三相，達到回收的目的[3]。

2.相轉(zhuǎn)移催化

和冠醚、環(huán)糊精一樣，許多杯芳烴及其衍生物具有萃取和轉(zhuǎn)移金屬離子的能力，因此，其在相轉(zhuǎn)移催化研究方面有潛在的應用價值。早在1977年，BurkiS等就發(fā)現(xiàn)，下緣連有乙氧基鏈的對叔丁基杯芳烴在非極性介質(zhì)中具有相轉(zhuǎn)移催化能力，可以解決油一水乳化問題。與常用的相轉(zhuǎn)移催化劑比較，杯芳烴催化劑的用量更小，反應時間更短，活性更高，像芐溴和苯酚在堿的作用下生成苯甲基苯醚的反應[4]。

3.模擬酶

杯芳烴及其衍生物還可以作為人工酶模型模擬生物酶的催化功能。Ungaro等將冠醚杯芳烴成功的用作水解酶模型。他們發(fā)現(xiàn)，冠醚杯芳烴對乙酸酷的甲醇解在沒有金屬離子存在時反應極慢，但在加入少量的Ba2+后可以使反應加速一百萬倍以上，效率己與轉(zhuǎn)?；赶喈擺5]。

我國的陳淑華研究組設計并合成了一系列杯[n]芳烴――單、雙卟啉多部位識別受體(n=4,6)。它們對金屬離子有優(yōu)良的識別配位能力[6]。

4.有機材料穩(wěn)定劑

由于杯芳烴的熱穩(wěn)定性及非揮發(fā)性使它的衍生物可用于塑料，橡膠等的抗氧化劑以及光穩(wěn)定劑。例如杯芳烴的亞磷酸酷已用作聚合物的熱穩(wěn)定劑，對叔丁基杯[4]芳烴也可用作聚烯烴的光穩(wěn)定劑和熱穩(wěn)定劑[7]。

5.污染控制

未修飾的杯芳烴可用來除去一些有機化學物，特別是極性碳氫化合物如鹵化烴。

從1908年以來，普遍采用氯氣處理來改善飲用水及工業(yè)用水的微生物質(zhì)量。然而在1974年，人們發(fā)現(xiàn)這種水處理法帶來了氯與腐殖和灰黃霉酸的副反應。結(jié)果產(chǎn)生了三鹵甲烷，如有溴離子存在，還可形成二氯溴甲烷，氯二溴甲烷及溴仿。它們具有致癌作用，并經(jīng)常致人染毒。

Wainwright等發(fā)現(xiàn)對叔丁基杯[4]芳烴對三餐甲烷有顯著的螯合作用，并且反應很快。產(chǎn)生的包結(jié)化合物有相對高的穩(wěn)定性。為了獲得在固相條件下更好的反應活性，必須把杯芳烴很好地運載在固體載體上。

二、實驗部分

1.實驗原理

間苯二酚杯環(huán)狀縮合物，是由四個苯環(huán)通過一個碳橋彼此相連而成的杯環(huán)狀結(jié)構(gòu)，分子中存在八個游離的羥基。Resorcinarenes 的合成無需放樣或高稀釋技術(shù), 常采用間苯二酚與醛在無機酸如鹽酸或 Lewis 酸催化下一步法直接合成,且能得到較好的收率。

一步法催化反應機理都是以酸作媒介采用端基親電取代法的縮合反應,本文中采用的是較為簡易的一步法，合成路線如下（圖2-1）：

圖2-1一步法合成路線

2.實驗儀器及實驗藥品

2.1實驗儀器

2.2實驗藥品

3.實驗方法

根據(jù)相關(guān)文獻，可以得知當反應物物料比，溶液比例，反應條件與時間改變都可能導致產(chǎn)率的不同。而本文的重點就在于根據(jù)文獻設計實驗方案，再根據(jù)實驗結(jié)果對條件的改進，通過實驗對比進行研究，諸如反應物的比例，溶劑比例，反應條件的改變，分析結(jié)果，得到最好的實驗方案。

而之前查過的文獻中，在催化劑方面，據(jù)鄧旭忠與楊世柱做過的論文資料，他們采用的是濃鹽酸，收率高。而用其它酸作催化劑時，收率較低甚至影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因為相關(guān)內(nèi)容已有人研究，而實驗室中濃鹽酸最為普遍與常用，故在本文不對催化劑的影響作討論研究，本文中的催化劑都為濃鹽酸。

3.1物料比對比實驗

將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛分別按1.3、1.2、1.1、1.0的比例稱量出來。先將間苯二酚加入到150mL錐形瓶中，加入乙醇、水（按乙醇、水、鹽酸10：9：1配方要求,總體積為100mL），磁力攪拌溶解。在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛，慢慢升溫至所需溫度（70℃），反應一定時間后（約4小時）冷卻抽濾，水洗。將濾餅經(jīng)稀醇洗滌，充分攪拌過濾（重復兩次），80℃干燥得黑色粉末晶體。

3.2反應溶劑比對比實驗

反應溶劑比對比實驗時進行五組實驗對比。將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛按1：1的比例稱量出來，乙醇、水、鹽酸按15：0：5、16：0：4、16：2：2、7：10：3和10：9：1的比例加入，總體積為100mL，磁力攪拌溶解。在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛，慢慢升溫至溫度（70℃），反應一定時間后（約4小時）冷卻抽濾，水洗。將濾餅經(jīng)稀醇洗滌，充分攪拌過濾（重復兩次），80℃干燥得黑色粉末晶體，計算產(chǎn)率。

3.3反應溫度對比實驗

反應溫度對比實驗時進行四組實驗對比。將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛按1：1的比例稱量出來，先將間苯二酚加入到150mL錐形瓶中，加入乙醇、水（按乙醇、水、鹽酸10：9：1配方要求,總體積為100mL），磁力攪拌溶解。在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛，四組實驗在升溫時改變溫度，分別設定為60℃、65℃、70℃和75℃，反應一定時間后（約4小時）冷卻抽濾，水洗。將濾餅經(jīng)稀醇洗滌，充分攪拌過濾（重復兩次），80℃干燥得黑色粉末晶體，計算產(chǎn)率。

3.4反應時間對比實驗

反應時間對比實驗需四組實驗。將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛按1：1的比例稱量出來，先將間苯二酚加入到150mL錐形瓶中，加入乙醇、水（按乙醇、水、鹽酸10：9：1配方要求,總體積為100mL），磁力攪拌溶解。在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛，四組實驗的反應時間分別為2小時、3小時、4小時、5小時，反應后冷卻抽濾，水洗。將濾餅經(jīng)稀醇洗滌，充分攪拌過濾（重復兩次），80℃干燥得黑色粉末晶體，計算產(chǎn)率。

3.5滴加速度對比實驗

將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛分別按1：1的比例稱量出來，準備三組實驗。實驗步驟如上，只是在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛時分別以3秒／滴、2秒／滴和0.5秒／滴，觀察現(xiàn)象。第一組和第二組實驗都可以得到產(chǎn)品，且產(chǎn)率相差不大，只是第三組實驗在反應過程中反應物顏色會急劇變黑，并最終產(chǎn)生高聚物，使反應失敗。

三、結(jié)果與討論

本文對反應時間及其它反應條件進行了討論,根據(jù)實驗部分得到的結(jié)果進行討論總結(jié)，主要討論了物料比、反應溶劑比、反應溫度、反應時間、滴加速度對合成杯芳烴母體收率的影響。

1.物料比

應條件：催化劑為濃HCl，反應時間4h，溫度70℃。

由上表可以看出，當酚醛的物料比為1：1時，收率最佳,達到了53.6%；當物料比超過1：1時，產(chǎn)率會逐漸降低，甚至形成高聚物，與相關(guān)的文獻資料報導一致。（見表1）

2.反應溶劑比

經(jīng)過多次實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反應溶劑配比對縮合反應影響甚大，在無水乙醇中加濃鹽酸作為反應液易聚合成高聚物，而且酸濃度越高越容易聚合。酸濃度太低或乙醇含量過小則產(chǎn)率會減小，當乙醇、水和濃鹽酸的比例為10：9：1時的產(chǎn)率最高，達到了53.6%。

3.反應溫度

經(jīng)過合成實驗，發(fā)現(xiàn)以70℃時析出的產(chǎn)品產(chǎn)率最高，見表2。

反應條件：催化劑為濃HCl，反應時間4h。

上述實驗結(jié)果表明：實驗從60℃開始進行反應，直至75℃，隨著反應時間的延長，產(chǎn)率會有所增加，在70℃時產(chǎn)率最好，為53.6%。此后產(chǎn)率不再隨溫度增加，反而有所減少。

4.反應時間

從表中可以看出，反應的時間從2小時到4小時，得到的產(chǎn)率是各不相同的。剛開始隨著反應時間的增長，反應收率會有收增大，但在反應4h后，收率趨向于穩(wěn)定。

5.滴加速度

查了相關(guān)文獻，滴加速度控制在2秒/滴為好，均勻滴入半小時，實驗中沒有出現(xiàn)異常情況。

四、總 結(jié)

本文主要應用了間苯二酚與呋喃甲醛采用一步合成法，合成杯[4]芳烴化合物，分析結(jié)果如下：

雖然合成實驗較為簡單，不過實驗中物料比、反應溶劑比、反應溫度、反應時間、滴加速度對實驗結(jié)果的影響甚大，因此要對實驗進行較為仔細的對比，才可得出最佳的實驗方案。

1.物料比對產(chǎn)物收率影響很大，當物料比為1：1時，反應的產(chǎn)率最高。

2.反應溫度要控制好，如果溫度過高，容易形成高聚物而使實驗失敗，如果溫度過低，則會影響產(chǎn)率和延長反應時間，實驗最好的條件為70℃。

3.反應時間要重復實驗，得出最好的反應時間，最佳的反應時間為4h，少于4h或超過4h都會影響反應的進度或結(jié)果。

4.溶劑的配比也是一個問題，參考以前的文獻與資料，溶劑的配比不一，沒有一個統(tǒng)一的數(shù)字，因此，在這個實驗中，要進行反復的實驗與操作，最后得到的結(jié)果是按乙醇、水、鹽酸10：9：1配方要求，得到的結(jié)果最好。

5.滴加速度對實驗的影響不是很大，不過還是要注意，如果攪拌不均勻而滴加的速度過快，則會影響反應，形成高聚物，控制在2秒／滴。

參考文獻：

[1]鄧旭忠,楊世榮.Resorcinarenes 的合成及其化學邊緣修飾(Ⅱ)[J].合成化學,2000,8(5):457-459;465.

[2]鄧旭忠,楊世榮.Resorcinarenes 的合成及其化學邊緣修飾(Ⅰ)[J].合成化學，2000,8(5):457-465.

[3]張利,傅成武.杯芳烴超分子化學的研究進展[J].大同職業(yè)技術(shù)學院學報,2000,14(2):81-83;86.

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[5]何花.杯芳烴―第三代超分子[J].西昌師范高等專科學校學報,2009(3):57-61.

[6]趙芳,梁斌,劉道杰.杯芳烴催化的研究進展[J].信陽師范學院學報(自然科學版),2006,19(3),364-367.

第3篇：超分子化學論文范文

正是因為光合作用研究對于生命科學乃至人類未來發(fā)展具有重大意義，所以很多科學家致力于光合作用領(lǐng)域的研究，諾貝爾獎曾被先后六次授予從事光合作用研究并作出杰出貢獻的科學家。利用生物化學、分子生物學、物理學和化學等學科資源，從不同側(cè)面相互結(jié)合進行光合作用研究是國際上光合作用研究領(lǐng)域的新趨勢。國家自然科學基金委員會1997年底啟動了“光合作用中高效吸能、傳能和轉(zhuǎn)能的分子機理”的國家自然科學基金九五重大項目，科技部1999年初將光合作用列為我國具有重要應用價值的首批十五項重大基礎(chǔ)理論問題之一(“973”項目)，國家投入巨資，以中科院植物所光合作用研究中心以及生物物理所為首的科學工作者積極參與到國際光合作用這一競爭十分激烈、特別熱門的研究當中。

菠菜主要捕光復合物的晶體結(jié)構(gòu)

2004年3月18日，世界著名雜志《自然》以主題論文的方式發(fā)表了由中國科學院生物物理所、植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光復合物(LHC-II)2.72A分辨率的晶體結(jié)構(gòu)”的研究成果，其晶體的結(jié)構(gòu)彩圖被選作該期雜志的封面照片。

光合作用機理一直是國際上長盛不衰的研究熱點，LHC-II是綠色植物中含量最豐富的主要捕光復合物。這一復合物是由蛋白質(zhì)分子、葉綠素分子、類胡蘿卜素分子和脂質(zhì)分子所組成的一個復雜分子體系，它們被鑲嵌在生物膜中，具有很強的疏水，難以分離和結(jié)晶。測定這樣的膜蛋白復合體的晶體結(jié)構(gòu)，是國際公認的高難課題，也是一個國家結(jié)構(gòu)生物學研究水平的重要標志。

中國科學院生物物理研究所常文瑞研究員主持的研究小組經(jīng)過6年的艱苦努力終于完成了這一重要復合體三維結(jié)構(gòu)的測定工作。中國科學院植物研究所匡廷云院士主持的研究小組，經(jīng)過多年的艱苦努力，分離、純化了這一重要的光合膜蛋白(LHC-II)，為晶體和空間結(jié)構(gòu)的解析打下了物質(zhì)基礎(chǔ)，這是生物化學、結(jié)晶學及結(jié)構(gòu)生物學的有機結(jié)合所取得的重大成果，使我國在高等植物LHC-II三維結(jié)構(gòu)測定方面成功地超越了德國和日本等發(fā)達國家的多家實驗室，率先完成了這一具有高度挑戰(zhàn)性的國際前沿課題。

這一成就已經(jīng)引起了眾多國際同行的廣泛關(guān)注，正如他們所評價的：“這是光合作用研究領(lǐng)域的一大突破，對于理解植物光合作用中所發(fā)生的捕光和能量傳遞過程是必不可少的，這一成果標志著光合作用研究的重大跨越”。

太陽能電池

澳大利亞研究員表示，模仿植物中的葉綠素創(chuàng)造的合成分子，據(jù)此也許有一天能研制出高效的太陽能電池。

由悉尼大學的馬克斯?克魯斯雷教授領(lǐng)導的分子電子學科研組，最近在羅馬舉行的國際卟啉和酞菁染料大會上提出了他們的研究成果?？唆斔估渍f：“經(jīng)過數(shù)百萬年的演變，自然能很有效地捕獲到光并把它轉(zhuǎn)化成能量。我們正在設法模仿自然的光合作用方式?！?/p>

葉子利用體內(nèi)排列密集的葉綠素分子將光能轉(zhuǎn)變成電能，然后再轉(zhuǎn)變成化學能。促成葉綠素這一功能的必不可少的元素是色素卟啉，它位于鎂離子的中心。研究員制造了一個形狀像足球的合成葉綠素分子。它有一個樹狀大分子支架，是一個由碳、氫、氮合成的高度分岔的納米聚合體。黏附在樹狀大分子上的是捕獲光的色素卟啉的人工合成版本。一種被稱作“巴基球”的球形碳分子坐落在卟啉之間，從收集到的太陽光子中吸收電子。

克魯斯雷和他的科研組已經(jīng)利用合成葉綠素建造一個有機太陽能電池的雛形。它以自然釋放為基礎(chǔ)，他們希望最終能制造出比現(xiàn)有太陽能電池更有效的電池。綠葉能有效的將30％-40％的光能轉(zhuǎn)變成電能，而通常以硅元素為基礎(chǔ)的太陽能電池只能有效地將12％的光能轉(zhuǎn)變成電能。

克魯斯雷說：“我們已經(jīng)擁有了模仿光電設備或太陽能電池的主要成分。從長遠來看，我們必須設法生產(chǎn)出一種能像薄薄的一層油漆那樣，簡單地涂抹在屋頂上的東西?！彼硎?，科研組還希望能制造出存儲裝置，用來代替以金屬為基礎(chǔ)的電池。

計算機模擬光合作用

美國科學家近日稱，他們最近在實驗室成功地用計算機模擬了植物的光合作用，并據(jù)此培育出品種更加優(yōu)良的植物。這種新植物不需要額外增加養(yǎng)分，就可以長出更茂盛的枝葉和果實。

美國伊利諾伊大學植物生物學和作物科學教授斯蒂夫?隆表示，在農(nóng)作物結(jié)出谷粒前，絕大部分被吸收的氮都變成了植物葉片中的用來促進光合作用的蛋白質(zhì)。為此，研究人員們提出了一個簡單的問題：“我們能不能像植物那樣給不同的光合蛋白質(zhì)準備一定數(shù)量的氮，甚至比植物做得更漂亮呢?”

首先，研究人員建立子一個可靠的光合作用模型，以便精確模擬植物對環(huán)境變化的光合反應。為了完成這個艱巨的任務，科學家們使用了由美國國家超級電腦應用中心提供的計算資源。在確定光合作用中每種蛋白質(zhì)的相對數(shù)量后，研究人員設計出了一系列連鎖微分方程式，每個方程模擬了光合作用中的一個步驟。通過不斷地測試和調(diào)整模型，研究小組最終成功預測了在真實葉片上進行實驗的結(jié)果，其中包括葉片對環(huán)境變化的動態(tài)反應。

接下來，模型運用“進化算法”搜尋各種酶，以提高植物的產(chǎn)量。一旦實驗證明某種酶的相對高濃度可以提高光合作用的效率，該模型就會利用此實驗結(jié)果進行下階段的測試，科學家們通過這種方法確定了許多可以大大提高植物生產(chǎn)力的蛋白質(zhì)。這個最新發(fā)現(xiàn)也印證了其他一些研究人員的研究結(jié)果：在基因改造植物中，當這些蛋白質(zhì)中某一種的含量增加，植物產(chǎn)量就會隨之提高。

斯蒂夫，隆說：“水稻與小麥的高產(chǎn)品種的光合作用效率可以達到1％至1.5％，而甘蔗或者玉米的效率則可達到5％或者更高。如果人類可以人為地調(diào)控光能利用效率，農(nóng)作物產(chǎn)量就會大幅度增加。通過改變氮的投入，我們幾乎可以使光合作用效率提高兩倍。然而，隨之而來的一個顯而易見的問題是，為何植物的生產(chǎn)力可以提高如此之多，為何植物還未能進化到可以自身進行如此高效的光合作用?這個問題的答案可能在于，進化的目的是生存和繁殖，而我們實驗的目的是增加產(chǎn)量。模型中顯示的變化很可能會破壞植物在野外的生存，因此這種模擬只適合在農(nóng)民的農(nóng)場中進行?！?/p>

“作物高產(chǎn)與肥水高效利用相結(jié)合理論”

我國科學家以“不投入大量水、肥、藥，利用提高植物的非葉片器官的比例和功能，實現(xiàn)高產(chǎn)和超高產(chǎn)”的技術(shù)理論，修正了“作物高產(chǎn)只能通過葉片光合作用貢獻率”的傳統(tǒng)理論。

“葉片的光合作用對農(nóng)作物產(chǎn)量的貢獻率在90％以上”，是聞名于世的“第一次綠色革命”的經(jīng)典技術(shù)理論成果之一。這一理論忽視“非葉光合器官的作用”，認為“作物高產(chǎn)的產(chǎn)量物質(zhì)來源于葉片的光合作用”。由此，“用大肥、大水促進葉片的生長，以增加其光合生產(chǎn)”。事實上，由此導致的植物葉片過大，形成了遮光，反而造成作物群體的光合效率低。

我國科學家試圖改變增加葉片光合作用的通常做法。中國農(nóng)業(yè)大學王志敏教授等研究發(fā)現(xiàn)，在高溫脅迫下，人們常見葉片器官衰敗，而小麥等作物的穗、穗下節(jié)間和葉鞘等非葉光合綠色器官不僅具有良好的受光空間，而且具有類似于“碳4型”的高效光合機制，它不僅彌補葉片光合作用的不足，而且有耐旱、耐熱、抗逆強的作用。

實踐證明，非葉片器官對農(nóng)作物產(chǎn)量的貢獻率可達70％以上。在這一理論指導下，科技人員建立了冬小麥節(jié)水、省肥、高產(chǎn)、簡化“四統(tǒng)一技術(shù)體系：在嚴重缺水的河北滄州地區(qū)大面積示范獲得成功。從而結(jié)束了30多年來農(nóng)作物面對高產(chǎn)不能突破的徘徊局面。

地球早期光合作用可能產(chǎn)生“水”

植物能夠借助光合作用吸收二氧化碳釋放出氧氣，這已是人所共知的科學常識。然而美國科學家的最新研究發(fā)現(xiàn)，30多億年前的地球由于氧含量很少，當時光合作用釋放出的“廢物”可能是水。

據(jù)美國《科學》雜志網(wǎng)站最新報道，美國斯坦福大學地質(zhì)學家唐納德，洛等人認為，30億年前的地球大氣中存在大量氫，當時的生物很可能是依賴氫再通過光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為自身必需的有機化合物，而這一過程最終產(chǎn)生的“廢物”很可能是水而不是今天的氧氣。這一結(jié)論來自一些有34億年歷史的微生物化石，化石是在南非黑硅石中發(fā)現(xiàn)的。對黑硅石進行的生化分析發(fā)現(xiàn)，黑硅石中含有大量屬于碳酸鐵類礦物的菱鐵礦，卻幾乎找不到任何氧化鐵的蹤跡；黑硅石中的微生物曾生活在缺氧的海洋中；黑硅石中微量元素鈰的含量要高于現(xiàn)今海洋中的鈰含量，其中的鈾也大都和釷結(jié)合在一起。這些都表明，30多億年前的地球不是一個富含氧的環(huán)境。

有地質(zhì)學家認為，黑硅石中的化學成分組成可能是由其他原因造成的，洛等人的觀點有待推敲。但一些業(yè)內(nèi)人士評論說，洛等人的研究成果令人信服，“氫依賴型光合作用”的發(fā)現(xiàn)使人們對生命起源的理解向前邁出了一大步。

光合作用研究的發(fā)展前景

第4篇：超分子化學論文范文

[關(guān)鍵詞] 修飾劑 6-巰基-β-環(huán)糊精 CdSe量子點

[中圖分類號] F407.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-7-78-3

量子點（quantumdots，QDs）又稱半導體納米微晶體（semiconductornanocrystal），是一種由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～Ⅴ族元素組成的穩(wěn)定的、溶于水的、直徑在1～10nm，能夠接受激發(fā)光產(chǎn)生熒光的半導體納米顆粒。納米顆粒的光、電、熱性能與宏觀材料有著明顯不同。目前研究較多的是CdS、CdSe、CdTe、ZnS等。量子點分為油溶性量子點和水溶性量子點。量子點還具有表面與界面效應、宏觀量子隧道效應及特殊的光學、光化學、電學及非線性光學性質(zhì)，因而受到國內(nèi)外各個領(lǐng)域?qū)W者的密切關(guān)注。目前已在生物顯像及診斷、分子生物探針、藥物篩選、生物大分子相互作用等研究中顯示出極大的應用前景。

0作為修飾劑的β-環(huán)糊精

環(huán)糊精是重要的主體化合物，由n個D-（+）葡萄糖a-1，4糖苷鍵結(jié)合而形成的一類環(huán)狀低聚糖（n=6，α；n=7，β；n=8，γ）。其內(nèi)部具有疏水性而外表面具有親水性，對那些大小和極性合適的客體分子具有很強的識別能力。因而能通過范德華力，疏水作用，氫鍵等與許多有機、無機、金屬離子等發(fā)生包合作用，形成超分子復合物。β-環(huán)糊精具有疏水的內(nèi)腔和親水的表面，它可以與有機體、無機體、生物體等客體分子形成主一客體包結(jié)物或在其表面形成配位修飾體。一直以來，有關(guān)β-環(huán)糊精的研究主要集中在醫(yī)藥、化工、材料等領(lǐng)域。近年來，β-環(huán)糊精體系在化學和有機合成領(lǐng)域的研究又有了較快的發(fā)展。

1本論文的研究意義

據(jù)報道多是采用直連有機分子，如巰基乙酸、巰基丙酸等作為修飾劑，或采用功能分子如親和素合成量子點，用直連有機分子合成的量子點雖改善了量子點的水溶性及生物兼容性，但其與生物分子只能通過單位點識別。采用功能分子修飾合成的量子點，增大了本身量子點的直徑及重量，使其運用于生物體系中增加了難度。鑒于以上問題，本實驗采用具有疏水空腔的β-環(huán)糊精修飾合成CdSe量子點。由于β-環(huán)糊精具有疏水空腔和很多羥基，則可以和生物分子進行多位點識別。

2實驗部分

2.1儀器與藥品

F-2500型熒光光譜儀（日本日立公司）；Y-2000型X射線衍射儀（丹東奧龍射線儀器有限公司）；pHS-3C型酸度計（上海雷磁儀器廠）；質(zhì)譜儀（美國THEROMOLCQDECAXPMAX）；85-2型恒溫磁力攪拌器（上海司樂儀器廠）；HZ-8802S型恒溫水?。◤V州國凌儀器有限公司）；分析天平。β-環(huán)糊精（簡稱β-CD），對甲苯磺酰氯、甲醇、乙醇、丙酮、正丙醇、乙酸乙酯、氯仿、CdCl2·2.5H2O，NaBH4，NaOH均為分析純；Tris-鹽酸緩沖溶液（pH=7.6）；實驗所用水均為二次蒸餾水。

2.26-巰基-β-環(huán)糊精的合成

2.2.16-O-對甲苯磺?；?β-環(huán)糊精（6-OTs-β-CD）

6-O-對甲苯磺酰基-β-環(huán)糊精直接由β-環(huán)糊精作原料，與對甲苯磺酰氯在NaOH溶液中制備，反應工藝具體如下：

2.2.26-巰基-β-環(huán)糊精

用前面制取的6-O-對甲苯磺酰基-β-環(huán)糊精為中間體，與硫脲反應。

在500ml的燒瓶加入3.0g6-OTs-β-CD和2.5g的硫脲，用225ml的80%甲醇/水溶液溶解混合物。并在85℃回流攪拌反應2d后減壓蒸發(fā)掉大部分溶劑，殘余物約40ml，往剩余物150ml的丙酮，振蕩讓其充分沉淀，抽濾，得到的白色沉淀用105ml10%的NaOH溶液溶解后置于50℃的水浴中反應5h（要不時振蕩）。反應完畢待其冷卻至室溫用10%的HCl調(diào)節(jié)溶液的pH值至2。再往溶液中加入5ml的三氯乙烯，攪拌反應3h。抽濾得到的白色粉末在約250ml的沸水中溶解后，減壓蒸發(fā)至約30ml以除去多余的三氯乙烯，往余液加入70ml無水乙醇沉淀產(chǎn)物，過濾，80℃干燥2h，得到白色粉末2.36g，產(chǎn)率84%。

2.3CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的合成

2.3.1NaHSe的制備

向裝有攪拌磁子的小玻璃瓶中依次加入1mL二次水，0.0790gNaHB4（易吸潮，稱量時動作要快），并輕輕振蕩小瓶，使之完全溶解，然后加入0.0800gSe粉。振蕩小瓶直至所有的反應物由黑色變成白色，蓋上塞子，置于磁力攪拌器上，在4℃下恒溫反應2個小時。

2.3.2CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的制備

在250mL的圓底燒瓶中加入120mL的二次水，通氮氣30min，加入0.0274gCdCl2？2.5H2O和0.0696gCD，用1mol/L的NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為10.20，繼續(xù)通氮氣30min后，加入新制備的NaHSe90μL，在75℃水中恒溫回流15min，得到黃色澄清的CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs溶液。

3結(jié)果與討論

3.1CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs合成條件的優(yōu)化

3.1.1CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的濃度對CdSeQDs熒光強度的影響

以Cd2+為標準，考察不同的CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精濃度對合成的CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs熒光強度的影響。從圖1可看出CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的熒光強度先隨著CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精濃度的增大而升高，隨之降低。則可得當CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精的濃度為1×10-3mol/L時熒光強度最強，則實驗在該濃度下合成CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs。

3.1.2Cd2+：6-巰基-β-環(huán)糊精：HSe-對CdSeQDs的熒光強度的影響

從圖2，可看出當Cd2+：6-巰基-β-環(huán)糊精：HSe-比值不同時，CdSeQDs的熒光強度有明顯的變化。當Cd2+：6-巰基-β-環(huán)糊精：HSe-=1：0.75：0.5時熒光強度最強，且隨著6-巰基-β-環(huán)糊精量的增大，熒光峰出現(xiàn)藍移。這可能是6-巰基-β-環(huán)糊精量的增大時，很好的分散了CdSe，而使得量子點的直徑變小，導致熒光峰出現(xiàn)藍移，但又由于6-巰基-β-環(huán)糊精緊緊的包覆了CdSeQDs，而使的CdSeQDs強度下降。

3.1.3pH值對CdSeQDs熒光強度的影響

實驗考察了pH對合成CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs熒光強度的影響。當pH=10.20時，熒光強度最強，如圖3所示。當pH過低時，β-環(huán)糊精中的巰基不能以CD-S-存在，則導致β-環(huán)糊精不能與Cd2+結(jié)合，沒起到修飾劑的作用。當堿性太強時，可能由于形成過多的Cd（OH）2覆蓋在CdSe上，而使量子點的熒光猝滅。

圖3.pH值對CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs熒光強度的影響。pH=a（5.50）、b（8.78）、c（9.50）、d（10.20）、e（10.90）、f（11.30）、g（11.90）、h（12.30）

3.1.4反應時間對CdSeQDs熒光強度的影響

不同的反應時間對CdSeQDs的熒光強度具有一定的影響。從圖4可得當回流的時間為15min時，熒光強度最大，則采用回流15min為最佳的回流時間。

3.1.5反應溫度對CdSeQDs熒光強度的影響

考察了不同的回流溫度對CdSeQDs熒光強度的影響。從圖5中看出，CdSeQDs熒光強度先隨著回流溫度的升高而升高，75℃后降低。則實驗在溫度為75℃下回流。

3.2CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的表征

3.2.1CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的光譜分析

圖6給出CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的激發(fā)及發(fā)射光譜圖，從圖中可看出激發(fā)光譜的半峰寬從290nm-470nm，發(fā)射光譜的半峰寬從490nm-590nm，符合量子點的基本共性。

3.2.2CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs熒光壽命分析

考察了CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的熒光壽命，如圖7。通過二次指數(shù)法擬合得到CdSe/CDQDs的熒光壽命為12.38ns。

3.2.3CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs穩(wěn)定性分析

從圖8中可以看出CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs可以穩(wěn)定存在21天，當時間超過21天時，其熒光強度穩(wěn)定性下降，可能是由于空氣中的氧氧化了修飾劑，而使得其分散能力有所下降，導致CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs發(fā)生團聚，使得熒光強度下降，而最終產(chǎn)生沉淀。

3.2.4CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDsXRD分析

通過對QDs進行X射線粉末衍射（XRD）分析，可獲得其晶體結(jié)構(gòu)和納米晶的參數(shù)。圖9為CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的X射線粉末衍射圖。從圖中看出CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的衍射峰比較寬且弱，但其主要的峰已表現(xiàn)出，2 =22.20，43.45，49.85，與CdSe三個主要衍射峰相對應（25.35，42.01，49.70）。通過謝樂方程可獲得納米粒徑d：

k 是經(jīng)驗常數(shù)，等于0.9。 為X射線源的波長（1.5418）， 為衍射峰的半峰寬。 為峰的角位置。采用 =22.20，通過XRD計算CdSe/6-巰基-β-環(huán)糊精QDs的粒徑，為8.027nm。

4結(jié)論

量子點具有顯著的量子尺寸效應，在各個領(lǐng)域中具有廣闊的應用前景。近年來發(fā)展的水熱、溶劑熱法，其操作簡單、條件溫和，可制備單分散、形貌規(guī)則、尺寸可控的納米粒子。本文通過水熱法，以單-6-SH-β-環(huán)糊精作為修飾劑合成CdSe量子點，通過對其Cd2+：β-環(huán)糊精：HSe-比值、pH、反應溫度、回流時間等影響因素的優(yōu)化得到穩(wěn)定性好、熒光性能優(yōu)越的量子點。且該量子點相對于直連巰基化合物修飾的量子點，具有疏水空腔，可以對特定的物質(zhì)進行特異的檢測，提高了該量子點的選擇性。

參考文獻

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[4]張國麗，唐課文，黃可龍等.羥丙基-β-環(huán)糊精對萘普生的增溶及穩(wěn)定作用[J].光譜實驗室.2007.24（2）：81-85.

第5篇：超分子化學論文范文

沈芬芳            

（生物與化學工程學院  指導老師：諸愛士、李武）

摘要：由于鈷鎳在礦床中常共生、伴生，并隨著鈷與鎳資源的日益枯竭，它們的分離與回收顯得十分重要。通過對相關(guān)文獻進行調(diào)研，總結(jié)了目前國內(nèi)外鈷與鎳的分離與回收技術(shù)的現(xiàn)狀：目前常用的方法有化學沉淀法、萃取法和樹脂法，詳細介紹了相關(guān)的研究和應用，對其他方法進行了簡單介紹，同時介紹了作者的耦合分離技術(shù)的設想和實踐。將電滲析與萃取耦合，對NiCl2•6H2O與CoCl2•6H2O的混合溶液進行分離。系統(tǒng)地描述了過程行為規(guī)律，考察了萃取劑種類、原料濃度、流量、電流強度、加酸方式、循環(huán)處理、萃取劑回用等對分離效果的影響，計算了電流效率。結(jié)果表明：P507分離效果好于P204；原料液濃度低、電流強度小、流量適中和一次加酸方式有利于分離；過程可以采用多級操作即料液循環(huán)、萃取劑經(jīng)重新皂化回用；電流效率大于80%。

關(guān)鍵詞：鈷； 鎳； 電滲析； 萃取； 分離

Abstract:  As Co and Ni are often symbiosised or associated in deposit and their resources are shortage, become the separation and recovery of Co and Ni more important Through the investigation of relative literatures, the technical status at home and abroad is summarized. The current conventional methods have chemical precpitation ,extraction and ion-exchange resin. The related research and application are introduced in detail. The other methods are simple introduced. Meanwhile the author’s ideas and practice of coupling separation technology are introduced.The extraction was coupled with electrodialysis.  The mixed solution of NiCl2 • 6H2O and CoCl2 • 6H2O were separated.  The rules of the process behavior were descripted systematically. The effects of separating conditions, such as the types of extractant, the concentration of raw materials, the flow rate, the current strength, the way of adding acid,recycling treatment, the reusing of extractant, The results indicated that the separating effect of P507 was better than P204; low concentration of raw materials and small current strength and moderate flow rate and at one time adding were favorable to separated; the process could  be multiple operated, the feed solution was cycle, the extractant was re-saponification to reuse; the current efficiency was more than 80%.

Key words: Cobalt;  Nickel;  Electrodialysis ; Extraction;  Separation

1 緒 論

由于鈷鎳的化學性質(zhì)非常相似，因此在各種含鈷廢渣中常有鎳，如鎳冶煉轉(zhuǎn)爐渣、銅冶煉含鈷轉(zhuǎn)爐渣等，在各種特殊合金材料、電池材料中，也都同時含有鈷和鎳；而且隨著鈷與鎳資源的日益枯竭，它們的分離與回收變得十分重要。鈷鎳分離主要有樹脂法和電反萃取法、溶劑萃取法，其他有浮選法、雙水相法、化學沉淀法、氧化還原法、聚合物-鹽-水液-固萃取（非有機溶劑液固萃?。┓ā?/p>

1.1 離子交換樹脂法

     離子交換樹脂法是利用離子交換劑--樹脂與試液中的離子發(fā)生交換反應進行分離的方法。離子交換法可分為分批法(靜態(tài))和柱上法(動態(tài))兩種基本類型。離子交換樹脂用于回收鈷鎳，具有如下優(yōu)點：除雜效果好，腐蝕性小，操作環(huán)境較好，環(huán)境污染較少，操作簡便，易實現(xiàn)機械化、自動化，加工成本低，同時，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。有螯合樹脂、萃淋樹脂、特種無機離子交換樹脂、β-環(huán)糊精包結(jié)樹脂形成的超分子體系、陽離子交換樹脂等。有的只是實驗室研究，還未實現(xiàn)工業(yè)化；有的已不同程度在工業(yè)上得到了應用[1]。目前，工業(yè)上回收、分離鈷鎳離子，主要方式還是采用溶劑萃取法，離子交換樹脂法基本上用于分析。因此，研究開發(fā)高效、可用于工業(yè)化的離子交換樹脂，找到充分發(fā)揮離子交換樹脂的最佳條件，是科研工作者今后努力的方向。

1.2 電反萃取法

電反萃技術(shù)是把離子交換、萃取、膜分離過程結(jié)合在一起的一種新的分離方法。弱酸性萃取劑液珠萃取劑通過吸附了金屬離子的離子交換柱，油相依次萃出樹脂相中的各種金屬離子，不同萃出部分的油相用充填床電滲析進行電反萃，回收金屬離子，油相萃取劑可反復利用。

莫劍雄[2]等提出當?shù)蜐舛然旌辖饘匐x子的水溶液通過離子床后，用油相Na型萃取劑把樹脂床中金屬離子進行“有機解吸”并初步分離，再經(jīng)H型樹脂床進一步分離，依次流出E-H，E2-Me1，E2-Me2等油相液體，此油相液體再采用電反萃技術(shù)達到回收取得含酸量少而金屬離子濃度高的水溶液，并使萃取劑再生，回復到E-H型。據(jù)此進行了實驗，得到了相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.3 溶劑萃取分離

溶劑（液膜）萃取技術(shù)由于具有高選擇性、高直收率、流程簡單、操作連續(xù)化和易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，已成為鈷鎳分離的主要方法，但該法需要連續(xù)多級操作，并需要制乳和破乳。已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)應用的萃取劑有脂肪酸、季（叔）胺、磷(膦)類、螯合型萃取劑等。另外包括浮選與雙水相萃取。

1.3.1 胺類萃取劑分離

在氯化物體系中鈷鎳的萃取分離主要使用胺類萃取劑，最常用的有叔胺和季銨鹽。利用Co2+與Cl--生成的陰離子配合物比Ni與Cl--生成的陰離子配合物的穩(wěn)定性高得多的特點，萃取鈷氯絡陰離子實現(xiàn)鈷鎳分離。包福毅[3]等選擇N235(叔胺)-異辛醇-260號煤油萃取體系，離心萃取器做為萃取設備，進行了萃取平衡試驗、臺架試驗和半工業(yè)試驗，得到的CoCl2溶液含Co>120g/L, Co/Ni>10000，鈷收率大于97%。

1.3.2 磷(膦)酸類萃取劑分離

磷(膦)酸類萃取劑適用于硫酸鹽溶液中鈷鎳的分離，應用最廣泛，已經(jīng)發(fā)展到了第三代產(chǎn)品。上世紀60年代初，采用二(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA或P204),70年代日本推出2-乙基己基磷酸2-乙基己基脂(PC-88A或HEHEHP,P507)，80年代美國氰胺公司(現(xiàn)為CYTEC公司)合成新一代萃取劑二(2、4、4三甲基戊基)膦酸(Cyanex272)，這三種萃取劑酸性依次減弱而分離鈷鎳能力逐次增強。其他還有5709（己烷基膦酸（1-甲基-庚基）酯）、PT5050等。

李立元[4]等敘述P507在光磷公司草酸鈷分廠鈷、鎳分離系統(tǒng)中的應用，結(jié)果表明工藝技 術(shù)指標優(yōu)于P204。曹南星研究了用P507萃取工藝分離硫酸鈷鎳溶液中鈷鎳，通過箱式萃取槽擴大萃取試驗證實P507比P204具有更優(yōu)良的分離鈷鎳的性能，它能制取低鎳的鈷鹽溶液和低鈷的鎳鹽溶液。彭毅[5] 等介紹了攀枝花硫鈷精礦浸出凈化液鎳鈷分離及鈷產(chǎn)品制備的試驗研究。鈷鎳分離采用P507萃取，鈷的萃取率大于99.5%，鎳的萃取率在0.01%以下。吳濤[6]等介紹了Cyanex272萃取劑在新疆阜康冶煉廠生產(chǎn)中的運用，實踐證明Cyanex272對鎳鈷分離能力優(yōu)于P204、P507，它化學穩(wěn)定性好，水溶性小，可以適用于鎳鈷變化范圍較大的各種硫酸鹽和氯化物溶液。

1.3.3 酮肟類萃取劑分離

    來雅文[7]等研究了氧化鈷礦石浸出液中Co、Ni和Cu的萃取分離，浸取液用Lix984（2-羥基-5-十二烷基水楊醛肟與2-羥基-5-壬基苯乙酮肟體積比為1：1的混合物）、三癸基甲基氯化銨和正辛酸分別萃取Cu、Co和Ni，萃取率分別為99.4%、98.6%和98.1%。

1.3.4 萃取劑組合及其他萃取分離

為了提高分離效率，簡化分離工藝等，許多研究者采取了萃取劑的組合方法進行了研究和工業(yè)應用。

Marek Majdan[8、9]等研究了三-正辛基甲基胺氯化物-磷酸三丁酯和三-正辛基甲基胺氯化物-磷酸三辛酯氧化物體系中的Co、Ni離子萃取行為；也報道了Co、Ni離子在硫氰酸鹽-甲基三辛基胺-煤油336（三-正辛基甲基胺氯化物）-醋酸乙酯體系中的分離效果，Co/Ni達103~104。

張多默[10]等研究了P204、P507、Cyanex272混合萃取劑分離鎳、鈷、銅，結(jié)果表明：采用P204與P507的混合萃取劑一步萃取循環(huán)分離鎳、鈷、銅溶液，技術(shù)及經(jīng)濟上均合理可行。

M. J. Barroso[11]等報道了以陽離子表面活性劑十六烷基三甲基胺的溴化物與正丙醇作為流動相在柱中用色層分離法進行了Ni(II)、Co(II) 、Cu(II)的分離與分析研究。

1.3.5 溶劑浮選

浮選即泡沫浮選，是很獨特的液固氣三相分離方法。它是依據(jù)各種物料的表面性質(zhì)的差異，在浮選劑的作用下,借助于氣泡的浮力，從物料懸濁液中分選物料的過程。M.A. Kabil[12]等報道了用均油酸表面活性劑和4-苯基氨基硫脲作為捕集劑對Ni(II)、Co(II) 、Cu(II)的混合物進行浮選分離。

1.3.6 雙水相體系溶劑分離

     雙水相萃取是兩種水溶性不同的聚合物或者一種聚合物和無機鹽的混合溶液，在一定的濃度下，體系就會自然分成互不相容的兩相。被分離物質(zhì)進入雙水相體系后由于表面性質(zhì)、電荷間作用和各種作用力(如憎水鍵、氫鍵和離子鍵)等因素的影響，在兩相間的分配系數(shù)不同，導致其在上下相的濃度不同，達到分離目的。

鄧凡政[13]等用硫氰酸鉀作萃取劑，探討了在聚乙二醇(PEG)2000-硫酸鈉-硫氰酸鉀雙水相體系中Co(II)、Ni(II)、Mo(VI)等金屬離子的萃取行為，控制一定條件，實現(xiàn)了Co(II)與Ni(II)、Co(II)與Mo(VI)及Co(II)與Ni(II)、Mo(VI)混合離子的定量分離。

1.4化學沉淀分離

根據(jù)鈷鎳化合物的溶度積差異可以實現(xiàn)化學沉淀分離 [14]。硫化物沉淀法在銅鎳鈷的濕法冶金中常用來分離或富集金屬。徐彥賓 [15] 等以硫化鈉做沉淀劑，在常溫常壓下，從氧化鎳礦的酸浸液中一次性完全沉淀Ni、Cu、Co，在合適條件下Ni、Cu、Co回收率均大于99%。

氨性硫酸鹽溶液中的鈷鎳分離可以采用氨絡合物法，由于Ni2+與NH3形成配合物穩(wěn)定性比Co2+強，并且在NH3-NH4Cl介質(zhì)中，Co2+更易形成Co(NH4)2Cl4難溶的藍綠色復鹽沉淀與Ni2+分離，所以在一定濃度下的NH3-NH4Cl體系中可達到Co2+、Ni2+分離的目的。岳松[16]用硫酸、鹽酸和硝酸溶解廢高磁合金鋼，并將Fe2+氧化為Fe3+，先用黃鐵礬法除去大部分鐵，再用尿素除去少量的鐵及鋁、鈦、銅；最后在NH3-NH4Cl體系中分離鈷、鎳，并制成相應的鹽，鈷、鎳的回收率分別為81.5%、89.7%。但是沉淀法在分離鈷鎳時選擇性低，通常需要復雜溶解和沉淀作業(yè)，鈷鎳產(chǎn)品純度低、生產(chǎn)成本高等缺點，限制其應用范圍。

1.5 氧化還原法

分離了鐵后的鈷鎳混合溶液可用氧化劑將Co2+氧化成Co3+，Co3+迅速水解產(chǎn)生Co(OH)3沉淀，因其溶度積很小，在較低pH值及恰當?shù)难趸瘎┳饔孟录纯僧a(chǎn)生Co(OH)3沉淀。而在pH較低的條件下鎳不發(fā)生相似的反應，從而達到分離鈷鎳的目的。鈷鎳分離的適宜酸度應在pH=3以下，由于Co3+水解會使溶液pH值降低不利于Co(OH)3的生成。采用堿性氧化劑可中和Co3+水解產(chǎn)生的H+，因此在氧化分離過程中pH值無顯著變化，反應容易控制，pH值有明顯升高即為反應終點，適合的氧化劑為NaClO[17]。

1.6 聚合物-鹽-水液-固萃?。ǚ怯袡C溶劑液固萃取）法

聚合物-鹽-水液-固萃取體系又稱為非有機溶劑液固萃取體系，是近十余年來發(fā)現(xiàn)并開發(fā)出的一種新的萃取體系，與傳統(tǒng)的有機溶劑液-液萃取相比，該體系不使用揮發(fā)性有機溶劑，具有安全、分相迅速、操作簡便等特點，具有廣闊的應用前景。

杜重麟[18]等研究表明在pH為5.0~7.0的緩沖溶液中，Co(II)和Ni(II)均與亞硝基R鹽形成穩(wěn)定的配合物，在Tween 80-硫酸鈉液-固萃取體系中，都能被Tween80固相萃取，加入HCl提高溶液的酸度，Co(II)進入Tween80固相被萃取，而Ni(II)留在水相不被萃取，從而實現(xiàn)兩者的分離。

工業(yè)上廣泛應用的溶劑萃取法雖然儀器設備簡單、操作簡易快速、回收率高、純度好、選擇性好、應用廣泛，除用于分離外，還能作為富集手段，但該法有機溶劑的毒性大，損失多，污染嚴重，多級萃取操作費時麻煩，操作強度大，成本高。因此本文將電滲析、萃取技術(shù)耦合組成一個整體的分離技術(shù)，目前國內(nèi)外無將兩者結(jié)合起來的報道，它既不同于電滲析，也不同于常規(guī)的萃取及乳狀液膜萃取。利用自行設計的專用設備，研究了萃取劑、原料濃度、流量、電流強度、加酸方式等對Ni2+、Co2+分離的影響，也研究了料液循環(huán)、萃取劑的回用，計算了電流效率，結(jié)果令人滿意。

2 實驗部分

2.1 實驗設備

WYL305×2S型雙路直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，杭州余杭四嶺電子設備有限公司；

DELTA320型pH計，梅特勒—托利多儀器（上海）有限公司；

DDS—11A型電導率儀，上海雷磁儀器廠；

WFJ722E型可見光光度計，上海光譜儀器有限公司；

組合式電滲析膜分離實驗裝置，自制，有四個極室，分別為電極室、原料室、萃取液室和收集室，極室內(nèi)設有擾動裝置，極室間分別用陰離子膜、陽離子膜、陽離子膜與陰離子膜分隔開。

2.2 實驗試劑與原料

NiCl2•6H2O，A.R.；CoCl2•6H2O，A.R.； HCl， 工業(yè)品； P204（2-乙基己基磷酸酯），上海萊雅士化工有限公司，工業(yè)品；P507（2-乙基己基磷酸單2-乙基己基酯），上海萊雅士化工有限公司，工業(yè)品.

2.3 實驗與濃度分析

2.3.1 濃度分析

    先配制一定濃度的CoCl2•6H2O、NiCl2•6H2O溶液進行波長掃描確定Ni2+、Co2+的最大吸收峰波長，再配制系列CoCl2•6H2O，NiCl2•6H2O溶液，分別在最大吸收峰波長下測定吸光度，作工作曲線，進行關(guān)聯(lián)。實驗中通過測定收集液吸光度，反算濃度。

2.3.2 實驗操作

   配制相應濃度的CoCl2•6H2O與NiCl2•6H2O混合液，放入原料室；取萃取劑、NaOH溶液和水配制計劃皂化率的萃取液放入萃取液室，用去離子水加適量NaCl放入收集室，用去離子水加適量NaCl或Na2SO4放入電極室；通電先將Ni2+、Co2+遷移入萃取液，定時測定電壓、電流、pH、電導率及濃度等，待原料室濃度為零或電流不變時結(jié)束，然后換掉收集室水，在原料室中加HCl，通電進行反萃取，定時測定電壓、電流、pH、電導率及濃度等，至電流不變時結(jié)束實驗。

2.4 分離原理

    第一步是Ni2+、Co2+金屬離子在直流電場的作用下，從原料室穿過陽離子交換膜進入有已經(jīng)被皂化且乳化的萃取劑的萃取液室，金屬離子進入萃取劑液珠與Na型萃取劑絡合，而陰離子沒有過來，實現(xiàn)Ni2+、Co2+金屬離子與陰離子分離和富集；第二步是用酸代替原料，H+離子在直流電場的作用下，從原料室穿過陽離子交換膜進入萃取液室，并進一步進入萃取劑液珠，將與Na型萃取劑絡合的Ni2+、Co2+金屬離子置換下來，由于Ni2+、Co2+離子與萃取劑的結(jié)合力有區(qū)別，所以按弱到強依次被置換下來，進入水相，在直流電場的作用下，穿過陽離子交換膜進入收集室，不同時間下，Ni2+、Co2+有不同的濃度，從而實現(xiàn)部分分離，可以根據(jù)需要分不同時間段取出有不同濃度比的溶液，此時萃取劑轉(zhuǎn)回H型。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 濃度分析關(guān)聯(lián)

3.1.1 波長掃描

分別配制約10g/L的NiCl2•6H2O與CoCl2•6H2O溶液，用0.5cm比色皿進行波長掃描，結(jié)果見如圖1。

 

圖1 波長掃描曲線

從圖中得到Ni2+在720nm時有最大吸收峰， Co2+在510nm時有最大吸收峰，實驗就以此波長進行濃度測定。

3.1.2 NiCl2 .6H2O工作曲線

配制一系列濃度的NiCl2•6H2O溶液，用0.5cm比色皿在720nm下測定其吸光度，結(jié)果見圖2。

 

圖2   NiCl2•6H2O工作曲線

線性很好，由此得出濃度與吸光度的關(guān)系式為：CNiCl2•6H2O=222.22ANiCl2•6H2O－0.3778

式中：CNiCl2•6H2O為NiCl2•6H2O的濃度，g/L；ANiCl2•6H2O為720nm下溶液的吸光度。

截距不為零是由比色皿之間與差別導致。

3.1.3 CoCl2.6H2O工作曲線

配制一系列濃度的CoCl2•6H2O溶液，用0.5cm比色皿在510nm下測定其吸光度，結(jié)果見圖3。

 

圖3   CoCl2•6H2O工作曲線

線性很好，由此得出濃度與吸光度的關(guān)系式為： CCoCl2•6H2O=100.0ACoCl2•6H2O－0.44

式中：CCoCl2•6H2O為CoCl2•6H2O的濃度，g/L；ACoCl2•6H2O為510nm下溶液中的吸光度。

同樣截距不為零是由比色皿之間與差別導致。

3.1.4 干擾實驗

Co對Ni測定干擾  配制濃度為50g/L的NiCl2•6H2O溶液，分別加入不同量CoCl2•6H2O，用0.5cm比色皿在720nm下測定其吸光度，結(jié)果見圖4。

 

圖4  Co對Ni測定干擾

    實驗證明溶液中存在CoCl2•6H2O對測定NiCl2•6H2O濃度幾乎沒有影響。

Ni對Co測定干擾  配制不同濃度的NiCl2•6H2O溶液，用0.5cm比色皿在510nm下測定其吸光度，結(jié)果見圖5。

 

圖5  Ni對Co測定干擾

NiCl2•6H2O溶液在510nm下測定有吸光度值，表明溶液中存在NiCl2•6H2O對測定CoCl2•6H2O濃度有影響。關(guān)系式為：ANiCl2•6H2O，510 =0.0002 CNiCl2•6H2O +0.0044。

式中：ANiCl2•6H2O，510為510nm下溶液中NiCl2•6H2O對應的吸光度，CNiCl2•6H2O為在720nm下測定得到的NiCl2•6H2O的濃度。

這樣混合溶液可直接在720nm下測定NiCl2•6H2O的濃度，而在510nm下測定CoCl2•6H2O濃度需要扣除NiCl2•6H2O的影響值，計算式為：

CCoCl2•6H2O=100.0A′CoCl2•6H2O－0.44；

式中：A′CoCl2•6H2O=A510總－ANiCl2•6H2O，510；CCoCl2•6H2O為CoCl2•6H2O的濃度，g/L；

A510總為混合溶液在510nm下測定的總吸光度；A′CoCl2•6H2O為510nm下CoCl2•6H2O濃度對應的吸光度。

3.2 實驗參數(shù)行為規(guī)律

3.2.1 電遷移過程

電遷移過程指的是混合料液在直流電場作用下發(fā)生的Ni2+、 Co2+從原料室遷移進萃取液室的過程，電遷移時電壓、電流，各室的pH、電導率、濃度變化，雖在各條件下有一定的區(qū)別，但基本上有以下規(guī)律。電壓變化見圖6，電流變化見圖7，各室pH變化圖8，各室電導率變化見圖9，原料室濃度變化見圖10，收集室濃度變化見圖11。

 

             圖6 電遷移過程電壓變化                          圖7 電遷移過程電流變化

    

圖8 電遷移過程各室pH變化                         圖9 電遷移過程各室電導率變化

 

圖10電遷移過程原料室濃度變化                 圖11 電遷移過程收集室濃度變化

剛通電時，由于各室內(nèi)均有足夠的離子導電，所以電流能達到設定值，且電壓不需要很大，到一定時間，由于離子的遷移，使得萃取液室的導電電阻增大，因而使所需電壓升高，到最高電壓值后，使得電流下降；隨后又由于離子的遷移，各室離子濃度的變化，使得總電阻降低，從而使電流增大，至最大值后維持一定時間，此時使所需電壓先降低后又增大，到后來由于原料室的離子越來越少，電阻增加，電流下降，電壓在最高值上。

電遷移過程中電極室的pH值只是在剛開始的時候由于發(fā)生電極反應而使其下降，后在整個過程中變化較小；原料室由于離子的遷移而使其pH值不斷的上升；萃取液室本身是弱酸性，金屬離子遷移進后是與萃取劑結(jié)合，所以其pH值稍變??；收集室由于有一定量的離子遷進，使pH值降低。同時由于離子的遷移，原料室電導率一直降低；收集室一直增大；電極室有一定幅度的增大；萃取液室先有所下降，后一直上升，但幅度不大。

原料室隨著離子遷移進萃取液室被萃取劑結(jié)合，使得原料室的Ni2+、Co2+的濃度一直降低，因為兩者性質(zhì)相似，遷移速度基本相等，所以降幅基本相等；收集室中，由于Ni2+、Co2+來不及被萃 取劑結(jié)合而遷移過來及被從膜上電遷移下來，濃度一直增加，增幅基本相等，但最后由于濃度差存在離子擴散及離子被膜吸附而使收集室Ni2+、Co2+濃度有所下降。

結(jié)合電流、原料室的電導率和pH值變化，可以判斷實驗是否可以結(jié)束。

3.2.2 電反萃過程

電反萃過程指的是金屬離子電遷移后，原料室加酸，在通電情況下，將H+遷移到萃取液室來置換出金屬離子，從而使金屬離子遷移到收集室。同樣其時電壓、電流，各室的pH、電導率、濃度變化，雖在各條件下有一定的區(qū)別，但基本上有以下規(guī)律。電壓變化見圖12，電流變化見圖13，各室pH變化見圖14，各室電導率變化見圖15，收集室濃度變化見圖16，濃度比變化見圖17。

 

            圖12 電反萃過程電壓變化                          圖13 電反萃過程電流變化

 

圖14 電反萃過程各室pH變化                       圖15 電反萃過程各室電導率變化

 

圖16 電反萃過程收集室濃度變化                圖17 電反萃過程收集室濃度比變化

電反萃剛通電時，各室內(nèi)均有足夠的離子導電，所以電流能達到設定值，隨著離子的遷移，使得收集室的離子濃度及電導率增大、電阻降低，使總電阻降低，因而使所需電壓先下降，到最低電壓值后，隨著離子的遷移，原料室離子濃度的降低、電阻增加，使得總電阻慢慢增加，從而使維持電流所需電壓增大，至最大值后，電流就逐步下降。

電反萃過程中電極室的pH值只是在剛開始的時候由于發(fā)生電極反應而使其下降，后在整個過程中變化較?。辉鲜矣捎陔x子的遷移而使其pH值不斷的上升；萃取液室由于大量H+遷入，其pH值變??；收集室由于有大量金屬離子的遷進和來不及在萃取液室被萃取劑結(jié)合掉的H+的遷進，使pH值降低。同時由于離子的遷移，原料室電導率一直降低；收集室一直增大；電極室有小幅的下降；萃取液室由于H+多余而有所增大。

電反萃過程中由于在電遷移中與萃取劑結(jié)合的Ni2+、Co2+被H+置換出而發(fā)生電遷移，穿過離子交換膜進入收集室，故收集室濃度一直增加，但由于Ni2+、Co2+與萃取劑結(jié)合能力不同，Ni2+弱Co2+強，Ni2+被H+置換下來多，使得增幅不等，開始濃度差大，后隨Co2+也被H+大量置換下來，使?jié)舛炔钭冃?；最后由于濃度差存在離子擴散及離子被膜吸附而使收集室Ni2+、Co2+濃度有所下降。

同樣結(jié)合電流、原料室的電導率和pH值變化，可以判斷實驗是否可以結(jié)束。

3.3 不同萃取劑比較

目前用于分離Ni2+、Co2+的常用萃取劑是P204、P507，控制原料濃度20g/L+20g/L、80%萃取劑皂化率[19]、原料中NiCl2•6H2O與CoCl2•6H2O質(zhì)量比1:1、原料與萃取劑當量用量比1:1、電流2.0A和流量45L/h相同，電反萃取時酸按理論量30mL一次性加入，考察P204、P507分離Ni2+、Co2+的效果，用NiCl2•6H2O與CoCl2•6H2O質(zhì)量比表示（下同），結(jié)果見圖18。

 

圖18  萃取劑種類對分離效果的影響

圖中顯示，P507數(shù)據(jù)點出得早，P204數(shù)據(jù)點出得遲，雖P204有幾點濃度比比較大，但此時濃度低，對工業(yè)生產(chǎn)無多大實際意義，后階段即濃度大時，P204分離的濃度比整體比P507低，所以P507分離效果好于P204，這是由P507對Ni2+、Co2+的分離系數(shù)大于P204所致。以下以P507來考察各種因素。

3.4 不同原料濃度比較

控制萃取劑皂化率、原料中NiCl2•6H2O與CoCl2•6H2O質(zhì)量比、原料與萃取劑用量比、電流和流量相同，電反萃取時酸按理論量一次性加入，考察了原料濃度分別為10g/L+10g/L、20g/L+20g/L、30NiCl2•6H2Og/L+30gCoCl2•6H2O/L對分離效果的影響，結(jié)果見圖19。

 

圖19 原料濃度對分離效果的影響

    由于Co2+與萃取劑的結(jié)合能力比Ni2+大，使前期Ni2+被置換出先大量遷移、Co2+少量遷移，收集室兩者濃度比大，后期由于Ni2+已經(jīng)遷移得差不多了，Co2+大量遷移過來，使得濃度比下降。原料濃度越大，所需遷移時間越長。圖19表明，在過程的前期階段，原料濃度越低，收集室的濃度比越大，說明Ni2+、Co2+被分開的幅度越大，到后期，基本沒有多大差別。原料濃度高，使得反萃時Ni2+、Co2+一起被置換、一起遷移的機會多；濃度低時置換和遷移被有序地按結(jié)合力由弱到強進行，從而使分離效果好。在實際分離過程中，可以根據(jù)要求和檢測結(jié)果，分時間段收集不同濃度比的溶液，然后再進行不同次數(shù)的分離，直至達到分離要求。

3.5 不同流量比較

控制萃取劑皂化率、原料中NiCl2•6H2O與CoCl2•6H2O質(zhì)量比、原料與萃取劑用量比、原料濃度和電流相同，電反萃取時酸按理論量一次性加入，考察流量為45、60、70L/h下對分離效果的影響，結(jié)果見圖20。

 

圖20  流量對分離效果的影響

    結(jié)果表明：流量過大或過小效果相差不多，而流量適中的效果要明顯好。這是由于萃取液體系的乳化、流動與傳質(zhì)邊界層厚度、膜的濃差極化和膜上吸附的油層厚度均與流速有關(guān)。流速小時一則萃取液乳化不足，Ni2+、Co2+進入萃取劑液珠不足，二則邊界層厚，三則膜的濃差極化層和膜上油層厚度也厚，傳質(zhì)阻力大，使兩者拉開幅度不是很大；流速過大時一則乳化液滴太小，Co2+從萃取劑液珠中出來很方便，二則邊界層薄，三則膜的濃差極化層和膜上油層變薄，傳質(zhì)阻力小，使兩者拉開幅度也不是很大；而流量適中，乳化液滴大小適中、邊界層厚度與濃差極化層厚度等均適中，與結(jié)合能力協(xié)同作用，使兩者拉開的幅度加大。數(shù)據(jù)點出現(xiàn)遲是由于前面測不出Co2+濃度。

3.6 不同電流強度比較

控制萃取劑皂化率、原料中NiCl2•6H2O與CoCl2•6H2O質(zhì)量比、原料與萃取劑用量比、原料濃度和流量相同，電反萃取時酸按理論量一次性加入，考察1.5、2.0、2.5、3.0A電流對分離效果的影響，結(jié)果見圖21。

 

圖21  電流強度對分離效果的影響

    圖中顯示，電流強大愈大，即電流密度愈大，Ni2+、Co2+分離的效果愈差。離子絡合需要一定的時間，電流小，遷移力小，金屬離子遷移速度慢，絡合完善，這樣有利于結(jié)合力弱的Ni2+先走，結(jié)合力強的Co2+不易從萃取劑液珠絡合離子中遷出，因此使兩者分開的幅度增大。但電流過小，會使完成遷移所需的時間加長，雖分開幅度大，但相同時間下，濃度會低。

3.7 不同加酸方式比較

控制萃取劑皂化率、原料中NiCl2•6H2O與CoCl2•6H2O質(zhì)量比、原料濃度、原料與萃取劑用量比、酸用量、電流和流量相同，考察了一次性加酸和分次加酸方式對分離效果的影響，結(jié)果見圖22。

 

       圖22  加酸方式對分離效果的影響

由于分批加酸，使酸 濃度不足，置換慢，戰(zhàn)線拉長，使Ni2+沒有足夠的優(yōu)勢，從而比一次性加酸效果差。

3.8 循環(huán)萃取

原料通過一次分離，分開程度不夠，萃取是采用多級，因此本方法是用將分離液作為原料再次進行分離，即相當于多級操作?？刂戚腿┰砘?、原料與萃取劑用量比、電流和流量相同，電反萃取時酸按理論量一次性加入，將收集液作為原料液循環(huán)進一步分離，結(jié)果見圖23。

 

圖23  循環(huán)萃取分離效果

    實驗結(jié)果表明，收集液作為料液再分離，可繼續(xù)將Ni2+、Co2+拉開，其效果與原料中Ni2+/Co2+=2:1相似。但由于不調(diào)pH的料液中含有H+，使得在電遷移后期就將部分Ni2+置換而遷移到收集室，使電遷移階段收集室的溶液濃度比比原來的大，因此使在電反萃時，剛開始時濃度比大，但后來由于Ni2+總量少了，使?jié)舛缺认陆递^快。調(diào)過pH的料液再分離，由于H+被中和，效果明顯優(yōu)于不調(diào)pH的料液分離。數(shù)據(jù)點出現(xiàn)遲是由于前面測不出Co2+濃度。

3.9 萃取劑回用

工業(yè)上萃取分離，是將用過的萃取劑經(jīng)過處理后重新利用，這才使其具有應用意義，因此本方法也需將萃取劑多次回用?？刂圃现蠳iCl2•6H2O與CoCl2•6H2O質(zhì)量比、原料濃度、原料與萃取劑用量比、電流和流量相同，電反萃取時酸按理論量一次性加入，將萃取液用NaOH處理后，重新利用，例舉幾次實驗分離效果見圖24、25

 

圖24  不同原料濃度的萃取劑回用實驗           圖25  萃取劑新鮮與回用分離效果比較

    回用實驗表明：原料低濃度時，用過的萃取劑經(jīng)過重新皂化用于分離，其分離效果不低于新鮮的；而高濃度時可能由于萃取劑中仍留有沒有被置換出來的金屬離子，使重新利用的效果差些，只要用過的萃取液處理得好，即金屬離子遷得凈，再皂化到位，效果仍不差的。因此，萃取劑可多次回收利用，能做到相當于工業(yè)萃取的多級操作。

3.10 電流效率計算  

過程的電流效率

式中： 分別為Ni2+、Co2+的濃度差，mol/L；V為收集液體積，L；

I為電流強度，A；t為通電時間，s；96500為法拉第常數(shù)。

以原料24+24 g•L—1，與萃取劑用量比為1.2:1，2.02A操作時電反萃為例，計算用于金屬離子遷移（實際同時有用于H+的遷移）的電流效率。0~70min內(nèi)電流恒定為2.02A，Ni2+濃度從0增至0.02252mol/L，Co2+濃度從0增至0.008822mol/L，收集液體積為1.2L，則電流效率為85.5%。由于同時有H+的遷移，故影響電流效率。

4總結(jié)與展望

通過實驗，得到以下結(jié)論：

（1） 用本技術(shù)分離Ni2+、Co2+混合金屬離子體系，可解決常規(guī)萃取法過程中油水分相困難、溶劑和萃取劑有損失等缺點，也不需要像乳狀液膜法那樣制乳和破乳，同樣克服了支撐液膜法在使用過程中因萃取劑的損失而工作壽命很短的缺陷等，同時整個過程可實現(xiàn)閉路循環(huán)，萃取劑可回用。

（2）實驗結(jié)果表明：P507分離效果好于P204；原料液濃度低、電流強度小、流量適中和一次加酸方式有利于分離；過程可以采用多級操作即料液循環(huán)、萃取劑經(jīng)重新皂化回用；電流效率大于80%。

目前工業(yè)上廣泛應用的萃取法雖然儀器設備簡單、操作簡易快速、回收率高、純度好、選擇性好、應用廣泛，除用于分離外，還能作為富集手段，但有機溶劑的毒性大，損失多，污染嚴重，多級萃取操作費時麻煩，操作強度大，成本高。因此將電滲析、萃取技術(shù)耦合組成一個整體的分離技術(shù)，它既不同于電滲析，也不同于常規(guī)的萃取及乳狀液膜萃取。它研究了萃取劑、原料濃度、流量、電流強度、加酸方式等對Ni2+、Co2+分離的影響，也研究了料液循環(huán)、萃取劑的回用，計算了電流效率，結(jié)果令人滿意。在以后工業(yè)分離上將會廣泛應用。

致  謝

   在近一個多學期緊張的畢業(yè)論文設計中，從選題到查閱文獻資料，確定實驗的具體操作及儀器，試劑，再到分析實驗的各因數(shù)，其中遇到了不少困難，也讓我學到了很多在課堂教學中沒學到過的知識，為以后的工作學習打下更結(jié)實基礎(chǔ)。這里尤其要感謝給予我諸多指導的諸老師。在實驗過程中碰到困難和疑惑時，給予了我諸多的幫助。

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