Extracción líquido-líquido
Método para separar compuestos o complejos metálicos
Un embudo de separación utilizado para la extracción líquido-líquido, como lo evidencian los dos líquidos inmiscibles.

La extracción líquido-líquido , también conocida como extracción por disolventes y partición , es un método para separar compuestos o complejos metálicos , en función de sus solubilidades relativas en dos líquidos inmiscibles diferentes , normalmente agua (polar) y un disolvente orgánico (apolar). Hay una transferencia neta de una o más especies de un líquido a otra fase líquida, generalmente de acuosa a orgánica. La transferencia está impulsada por el potencial químico, es decir, una vez que se completa la transferencia, el sistema general de componentes químicos que forman los solutos y los disolventes están en una configuración más estable (menor energía libre). El disolvente que se enriquece en soluto(s) se llama extracto. La solución de alimentación que se agota en soluto(s) se llama refinado . La extracción líquido-líquido es una técnica básica en los laboratorios químicos, donde se realiza utilizando una variedad de aparatos, desde embudos de decantación hasta equipos de distribución a contracorriente llamados mezcladores sedimentadores . [ no verificado en el cuerpo ] Este tipo de proceso se realiza comúnmente después de una reacción química como parte del tratamiento , que a menudo incluye un tratamiento ácido.

El término partición se utiliza comúnmente para referirse a los procesos químicos y físicos subyacentes que intervienen en la extracción líquido-líquido , pero en otra lectura puede ser totalmente sinónimo de él. El término extracción por disolventes también puede referirse a la separación de una sustancia de una mezcla disolviéndola preferentemente en un disolvente adecuado. En ese caso, un compuesto soluble se separa de un compuesto insoluble o de una matriz compleja. [ no verificado en el cuerpo ]

Desde una perspectiva hidrometalúrgica , la extracción con disolventes se utiliza exclusivamente en la separación y purificación de uranio y plutonio, circonio y hafnio, separación de cobalto y níquel, separación y purificación de tierras raras, etc., siendo su mayor ventaja su capacidad para separar selectivamente incluso metales muy similares. Se obtienen corrientes de un solo metal de alta pureza al "extraer" el metal valioso de la fase orgánica "cargada", donde se puede precipitar o depositar el metal valioso. La extracción es lo opuesto a la extracción: transferencia de masa de la fase orgánica a la acuosa.

La extracción líquido-líquido también se utiliza ampliamente en la producción de compuestos orgánicos finos , el procesamiento de perfumes , la producción de aceites vegetales y biodiésel y otras industrias. [ no verificado en el cuerpo ] Es una de las técnicas de separación inicial más comunes, aunque surgen algunas dificultades en la extracción de grupos funcionales estrechamente relacionados.

La extracción líquido-líquido se puede acelerar sustancialmente en dispositivos microfluídicos , reduciendo los tiempos de extracción y separación de minutos/horas a meros segundos en comparación con los extractores convencionales. [1]

La extracción líquido-líquido es posible en sistemas no acuosos: en un sistema que consiste en un metal fundido en contacto con sales fundidas , los metales se pueden extraer de una fase a la otra. Esto está relacionado con un electrodo de mercurio donde se puede reducir un metal, el metal a menudo se disolverá en el mercurio para formar una amalgama que modifica en gran medida su electroquímica. Por ejemplo, es posible reducir los cationes de sodio en un cátodo de mercurio para formar amalgama de sodio , mientras que en un electrodo inerte (como el platino) los cationes de sodio no se reducen. En cambio, el agua se reduce a hidrógeno. Se puede utilizar un detergente o un sólido fino para estabilizar una emulsión o tercera fase . [ no verificado en el cuerpo ]

Medidas de eficacia

Relación de distribución

En la extracción con disolventes, a menudo se cita una relación de distribución (D) como una medida de qué tan bien se extrae una especie. La relación de distribución es una medida de la concentración total de un soluto en la fase orgánica dividida por su concentración en la fase acuosa . [2] El coeficiente de partición o distribución (K d ) es la relación de la concentración de soluto en cada capa al alcanzar el equilibrio. [3] Esta distinción entre D y K d es importante. El coeficiente de partición es una constante de equilibrio termodinámico y tiene un valor fijo para la partición del soluto entre las dos fases. Sin embargo, el valor de la relación de distribución cambia con las condiciones de la solución si cambian las cantidades relativas de A y B. Si conocemos las reacciones de equilibrio del soluto dentro de cada fase y entre las dos fases, podemos derivar una relación algebraica entre K d y D . El coeficiente de partición y la relación de distribución son idénticos si el soluto tiene solo una forma química en cada fase; sin embargo, si el soluto existe en más de una forma química en cualquiera de las fases, entonces K d y D suelen tener valores diferentes. [2] Dependiendo del sistema, la relación de distribución puede ser una función de la temperatura, la concentración de especies químicas en el sistema y una gran cantidad de otros parámetros. Nótese que D está relacionada con la energía libre de Gibbs (Δ G) del proceso de extracción. [4]

En la extracción con disolventes, se agitan juntos dos líquidos inmiscibles. Los solutos más polares se disuelven preferentemente en el disolvente más polar y los solutos menos polares en el disolvente menos polar. En este experimento, los halógenos no polares se disuelven preferentemente en el aceite mineral no polar. [5]

Factores de separación

El factor de separación es una relación de distribución dividida por otra; es una medida de la capacidad del sistema para separar dos solutos. Por ejemplo, si la relación de distribución para el níquel (D Ni ) es 10 y la relación de distribución para la plata (D Ag ) es 100, entonces el factor de separación plata/níquel (SF Ag/Ni ) es igual a D Ag /D Ni = SF Ag/Ni = 10. [6]

Medidas de éxito

El éxito de la extracción líquido-líquido se mide a través de factores de separación y factores de descontaminación. La mejor manera de entender el éxito de una columna de extracción es a través del conjunto de datos de equilibrio líquido-líquido (LLE). El conjunto de datos se puede convertir en una curva para determinar el comportamiento de partición en estado estable del soluto entre las dos fases. El eje y es la concentración de soluto en la fase de extracto (solvente) y el eje x es la concentración de soluto en la fase de refinado. A partir de aquí, se pueden determinar los pasos para la optimización del proceso. [7]

Técnicas

Extracciones de una sola etapa por lotes

Este método se utiliza habitualmente a pequeña escala en los laboratorios químicos. Es normal utilizar un embudo de separación . Los procesos incluyen DLLME y extracción orgánica directa. [8] Después del equilibrio, la fase de extracto que contiene el soluto deseado se separa para su posterior procesamiento. [9]

Microextracción líquido-líquido dispersiva (DLLME)

Un proceso utilizado para extraer pequeñas cantidades de compuestos orgánicos de muestras de agua. [10] Este proceso se realiza inyectando pequeñas cantidades de un disolvente de extracción adecuado (C 2 Cl 4 ) y un disolvente dispersante (acetona) en la solución acuosa. La solución resultante se centrifuga luego para separar las capas orgánica y acuosa. Este proceso es útil para la extracción de compuestos orgánicos como pesticidas organoclorados y organofosforados, así como compuestos de benceno sustituidos de muestras de agua. [10]

Extracción orgánica directa

Al mezclar muestras solubles parcialmente orgánicas en un disolvente orgánico (tolueno, benceno, xileno), los compuestos solubles orgánicos se disolverán en el disolvente y podrán separarse utilizando un embudo de decantación . Este proceso es valioso en la extracción de proteínas y, específicamente, de fosfatasas de fosfoproteínas y fosfopéptidos. [11]

Otro ejemplo de esta aplicación es la extracción de anisol de una mezcla de agua y ácido acético al 5% utilizando éter , luego el anisol entrará en la fase orgánica. Las dos fases se separarían entonces. [ cita requerida ] El ácido acético se puede luego depurar (eliminar) de la fase orgánica agitando el extracto orgánico con bicarbonato de sodio . El ácido acético reacciona con el bicarbonato de sodio para formar acetato de sodio , dióxido de carbono y agua.

La cafeína también se puede extraer de los granos de café y de las hojas de té mediante una extracción orgánica directa. Los granos o las hojas se pueden remojar en acetato de etilo, que disuelve favorablemente la cafeína, dejando la mayor parte del sabor del café o del té en la muestra inicial. [12]

Procesos continuos en contracorriente de múltiples etapas

Extractor continuo de contracorriente Coflore.

Estos se utilizan comúnmente en la industria para el procesamiento de metales como los lantánidos ; debido a que los factores de separación entre los lantánidos son tan pequeños, se necesitan muchas etapas de extracción. [13] En los procesos de múltiples etapas, el refinado acuoso de una unidad de extracción se alimenta a la siguiente unidad como alimentación acuosa, mientras que la fase orgánica se mueve en la dirección opuesta. Por lo tanto, de esta manera, incluso si la separación entre dos metales en cada etapa es pequeña, el sistema general puede tener un factor de descontaminación más alto.

Se han utilizado matrices de contracorriente de múltiples etapas para la separación de lantánidos. Para el diseño de un buen proceso, la relación de distribución no debe ser demasiado alta (>100) ni demasiado baja (<0,1) en la parte de extracción del proceso. A menudo, el proceso tendrá una sección para depurar los metales no deseados de la fase orgánica y, finalmente, una sección de desprendimiento para recuperar el metal de la fase orgánica.

Mezcladores-sedimentadores

Batería de mezcladores-decantadores actualmente interconectados. Cada unidad mezcladora-decantadora proporciona una única etapa de extracción. Un mezclador-decantador consta de una primera etapa que mezcla las fases entre sí seguida de una etapa de decantación en reposo que permite que las fases se separen por gravedad.

Separación continua de mezcla de aceite y agua.

Un novedoso dispositivo de sedimentación, Sudhin BioSettler, puede separar una emulsión de aceite y agua de forma continua a un ritmo mucho más rápido que los sedimentadores por gravedad simples. En esta fotografía, una emulsión de aceite y agua, agitada por un impulsor en un depósito externo y bombeada de forma continua a los dos puertos laterales inferiores del BioSettler, se separa muy rápidamente en una capa orgánica transparente (aceite mineral) que sale por la parte superior del BioSettler y una capa acuosa (coloreada con un colorante alimentario rojo) que se bombea de forma continua desde la parte inferior del BioSettler.

En el proceso de contracorriente de múltiples etapas, se instalan múltiples mezcladores-decantadores con cámaras de mezclado y decantación ubicadas en extremos alternos para cada etapa (ya que la salida de las secciones de decantación alimenta las entradas de las secciones de mezclado de la etapa adyacente). Los mezcladores-decantadores se utilizan cuando un proceso requiere tiempos de residencia más largos y cuando las soluciones se separan fácilmente por gravedad. Requieren una gran superficie de instalación, pero no requieren mucho espacio libre y necesitan una capacidad limitada de mantenimiento remoto para el reemplazo ocasional de los motores de mezclado. (Colven, 1956; Davidson, 1957) [14]

Batería de 4 etapas de mezcladores-sedimentadores para extracción a contracorriente.

Extractores centrífugos

Los extractores centrífugos mezclan y separan en una sola unidad. Dos líquidos se mezclan intensamente entre el rotor giratorio y la carcasa estacionaria a velocidades de hasta 6000 RPM. Esto desarrolla grandes superficies para una transferencia de masa ideal de la fase acuosa a la fase orgánica. A 200–2000 g, ambas fases se separarán nuevamente. Los extractores centrífugos minimizan el disolvente en el proceso, optimizan la carga de producto en el disolvente y extraen la fase acuosa por completo. Las extracciones a contracorriente y a corriente cruzada se establecen fácilmente. [15]

Extracción sin cambio químico

Algunos solutos, como los gases nobles, pueden extraerse de una fase a otra sin necesidad de una reacción química (véase absorción ). Este es el tipo más simple de extracción con disolventes. Cuando se extrae un disolvente, se agitan juntos dos líquidos inmiscibles. Los solutos más polares se disuelven preferentemente en el disolvente más polar y los solutos menos polares en el disolvente menos polar. Algunos solutos que a primera vista no parecen experimentar una reacción durante el proceso de extracción no tienen una relación de distribución que sea independiente de la concentración. Un ejemplo clásico es la extracción de ácidos carboxílicos ( HA ) en medios no polares como el benceno . Aquí, a menudo ocurre que el ácido carboxílico formará un dímero en la capa orgánica, por lo que la relación de distribución cambiará en función de la concentración de ácido (medida en cualquiera de las fases).

Para este caso, la constante de extracción k se describe por k = [ HA orgánico ] 2 / [ HA acuoso ]

Mecanismo de solvatación

Mediante la extracción con disolventes es posible extraer uranio , plutonio , torio y muchos elementos de tierras raras de soluciones ácidas de forma selectiva utilizando la elección correcta del disolvente y el diluyente de extracción orgánicos. Un disolvente utilizado para este fin es el organofosfato tributilfosfato (TBP). El proceso PUREX que se utiliza habitualmente en el reprocesamiento nuclear utiliza una mezcla de fosfato de tri-n-butilo y un hidrocarburo inerte ( queroseno ); el uranio (VI) se extrae del ácido nítrico fuerte y se vuelve a extraer (se despoja) utilizando ácido nítrico débil. Se forma un complejo de uranio soluble orgánico [UO 2 (TBP) 2 (NO 3 ) 2 ], luego la capa orgánica que contiene el uranio se pone en contacto con una solución de ácido nítrico diluido ; el equilibrio se aleja del complejo de uranio soluble orgánico y se acerca al TBP libre y al nitrato de uranilo en ácido nítrico diluido. El plutonio (IV) forma un complejo similar al uranio (VI), pero es posible despojarlo de más de una manera; se puede agregar un agente reductor que convierta el plutonio al estado de oxidación trivalente . Este estado de oxidación no forma un complejo estable con TBP y nitrato a menos que la concentración de nitrato sea muy alta (se requieren alrededor de 10 mol/L de nitrato en la fase acuosa). Otro método es simplemente usar ácido nítrico diluido como agente de despojo para el plutonio. Esta química PUREX es un ejemplo clásico de extracción por solvatación . En este caso, D U = k [TBP] 2 [NO 3 - ] 2 .

Mecanismo de intercambio iónico

Otro mecanismo de extracción se conoce como mecanismo de intercambio iónico . En este caso, cuando un ion se transfiere de la fase acuosa a la fase orgánica, otro ion se transfiere en la otra dirección para mantener el equilibrio de carga. Este ion adicional es a menudo un ion hidrógeno ; para los mecanismos de intercambio iónico, la relación de distribución es a menudo una función del pH . Un ejemplo de extracción por intercambio iónico sería la extracción de americio mediante una combinación de terpiridina y un ácido carboxílico en terc - butilbenceno . En este caso

D Am = k [terpiridina] 1 [ácido carboxílico] 3 [H + ] −3

Otro ejemplo es la extracción de zinc , cadmio o plomo mediante un ácido dialquilfosfínico (R 2 PO 2 H) en un diluyente no polar como un alcano . Un diluyente no polar favorece la formación de complejos metálicos no polares sin carga.

Algunos sistemas de extracción son capaces de extraer metales mediante mecanismos tanto de solvatación como de intercambio iónico; un ejemplo de dicho sistema es la extracción de americio (y lantánidos ) a partir de ácido nítrico mediante una combinación de 6,6'- bis- (5,6- dipentil -1,2,4-triazin-3-il) -2,2'-bipiridina y ácido 2-bromo hexanoico en terc - butilbenceno . Tanto en concentraciones altas como bajas de ácido nítrico, la relación de distribución de metales es mayor que para una concentración intermedia de ácido nítrico.

Extracción de pares iónicos

Es posible extraer un metal mediante una elección cuidadosa del contraión. Por ejemplo, si la concentración de nitrato es alta, es posible extraer americio como un complejo de nitrato aniónico si la mezcla contiene una sal de amonio cuaternario lipofílica .

Un ejemplo que es más probable que encuentre el químico "promedio" es el uso de un catalizador de transferencia de fase . Se trata de una especie cargada que transfiere otro ion a la fase orgánica. El ion reacciona y luego forma otro ion, que luego se transfiere nuevamente a la fase acuosa.

Por ejemplo, se requieren 31,1 kJ mol −1 para transferir un anión acetato a nitrobenceno, [16] mientras que la energía requerida para transferir un anión cloruro de una fase acuosa a nitrobenceno es 43,8 kJ mol −1 . [17] Por lo tanto, si la fase acuosa en una reacción es una solución de acetato de sodio mientras que la fase orgánica es una solución de nitrobenceno de cloruro de bencilo , entonces, cuando un catalizador de transferencia de fase, los aniones acetato pueden transferirse desde la capa acuosa donde reaccionan con el cloruro de bencilo para formar acetato de bencilo y un anión cloruro. El anión cloruro luego se transfiere a la fase acuosa. Las energías de transferencia de los aniones contribuyen a las emitidas por la reacción.

La reacción produce entre 43,8 y 31,1 kJ mol −1 = 12,7 kJ mol −1 de energía adicional en comparación con la energía que se obtendría si la reacción se hubiera realizado en nitrobenceno utilizando un peso equivalente de acetato de tetraalquilamonio . [18]

Tipos de extracciones acuosas bifásicas

Sistemas polímero-polímero. En un sistema polímero-polímero, ambas fases son generadas por un polímero disuelto. La fase pesada generalmente será un polisacárido y la fase ligera generalmente es polietilenglicol (PEG). Tradicionalmente, el polisacárido utilizado es dextrano . Sin embargo, el dextrano es relativamente caro y la investigación ha estado explorando el uso de polisacáridos menos costosos para generar la fase pesada. Si el compuesto objetivo que se separa es una proteína o enzima, es posible incorporar un ligando al objetivo en una de las fases del polímero. Esto mejora la afinidad del objetivo con esa fase y mejora su capacidad para dividirse de una fase en la otra. Esto, así como la ausencia de solventes u otros agentes desnaturalizantes, hace que las extracciones polímero-polímero sean una opción atractiva para purificar proteínas. Las dos fases de un sistema polímero-polímero a menudo tienen densidades muy similares y una tensión superficial muy baja entre ellas. Debido a esto, la desmezcla de un sistema polímero-polímero a menudo es mucho más difícil que la desmezcla de una extracción con solvente. Los métodos para mejorar la desmezcla incluyen la centrifugación y la aplicación de un campo eléctrico .

Sistemas de polímero-sal. Los sistemas acuosos de dos fases también se pueden generar generando la fase pesada con una solución de sal concentrada. La fase de polímero utilizada generalmente sigue siendo PEG. Generalmente, se utiliza una sal cosmotrópica , como Na3PO4 , sin embargo, se han documentado sistemas PEG- NaCl cuando la concentración de sal es lo suficientemente alta. Dado que los sistemas de polímero-sal se desmezclan fácilmente, son más fáciles de usar. Sin embargo, a altas concentraciones de sal, las proteínas generalmente se desnaturalizan o precipitan de la solución. Por lo tanto, los sistemas de polímero-sal no son tan útiles para purificar proteínas.

Sistemas de líquidos iónicos. Los líquidos iónicos son compuestos iónicos con puntos de fusión bajos. Si bien técnicamente no son acuosos, investigaciones recientes han experimentado con su uso en una extracción que no utiliza solventes orgánicos.

Purificación del ADN

La capacidad de purificar el ADN de una muestra es importante para muchos procesos biotecnológicos modernos. Sin embargo, las muestras a menudo contienen nucleasas que degradan el ADN objetivo antes de que pueda purificarse. Se ha demostrado que los fragmentos de ADN se dividirán en la fase ligera de un sistema de separación de polímero-sal. Si se incorporan a la fase polimérica ligandos que se sabe que se unen y desactivan las nucleasas, las nucleasas se dividirán en la fase pesada y se desactivarán. Por lo tanto, este sistema de polímero-sal es una herramienta útil para purificar el ADN de una muestra y, al mismo tiempo, protegerlo de las nucleasas. [ cita requerida ]

Industria alimentaria

Se ha demostrado que el sistema PEG-NaCl es eficaz para dividir moléculas pequeñas, como péptidos y ácidos nucleicos. Estos compuestos suelen ser aromatizantes u odorantes. El sistema podría utilizarse en la industria alimentaria para aislar o eliminar sabores particulares. La extracción de cafeína solía realizarse mediante extracción líquido-líquido, específicamente extracción líquido-líquido directa e indirecta (método Swiss Water), pero desde entonces se ha optado por el CO2 supercrítico, ya que es más económico y se puede realizar a escala comercial. [19] [20]

Química analítica

A menudo, hay especies químicas presentes o necesarias en una etapa del procesamiento de la muestra que interferirán con el análisis. Por ejemplo, algunos controles de aire se realizan haciendo pasar aire a través de un pequeño tubo de vidrio lleno de partículas absorbentes que han sido recubiertas con una sustancia química para estabilizar o derivatizar el analito de interés. El recubrimiento puede tener una concentración o características tales que dañaría la instrumentación o interferiría con el análisis. Si la muestra se puede extraer del absorbente utilizando un disolvente no polar (como tolueno o disulfuro de carbono) y el recubrimiento es polar (como HBr o ácido fosfórico), el recubrimiento disuelto se repartirá en la fase acuosa. Claramente, lo inverso también es cierto, utilizando un disolvente de extracción polar y un disolvente no polar para repartir un interferente no polar. Luego, se puede inyectar una pequeña alícuota de la fase orgánica (o en este último caso, fase polar) en el instrumento para su análisis.

Purificación de aminas

Las aminas (de manera análoga al amoníaco) tienen un par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno que puede formar un enlace relativamente débil con un átomo de hidrógeno. Por lo tanto, en condiciones ácidas, las aminas suelen estar protonadas, llevando una carga positiva, y en condiciones básicas suelen estar desprotonadas y neutras. Las aminas de peso molecular suficientemente bajo son bastante polares y pueden formar enlaces de hidrógeno con el agua y, por lo tanto, se disolverán fácilmente en soluciones acuosas. Las aminas desprotonadas, por otro lado, son neutras y tienen sustituyentes orgánicos grasos no polares y, por lo tanto, tienen una mayor afinidad por los disolventes inorgánicos no polares. Como tal, se pueden llevar a cabo pasos de purificación en los que una solución acuosa de una amina se neutraliza con una base como el hidróxido de sodio y luego se agita en un embudo de decantación con un disolvente no polar que es inmiscible con agua. Luego se drena la fase orgánica. El procesamiento posterior puede recuperar la amina mediante técnicas como la recristalización, la evaporación o la destilación; La extracción posterior a una fase polar se puede realizar añadiendo HCl y agitando nuevamente en un embudo de separación (momento en el que el ion amonio se puede recuperar añadiendo un contraión insoluble) o, en cualquiera de las fases, se pueden realizar reacciones como parte de una síntesis química.

Extracción con disolventes por oscilación de temperatura

La extracción por disolventes con oscilación de temperatura es una técnica experimental para la desalinización de agua potable. Se ha utilizado para eliminar hasta el 98,5% del contenido de sal en el agua y es capaz de procesar salmueras hipersalinas que no se pueden desalinizar mediante ósmosis inversa. [21]

Cinética de extracción

Es importante investigar la velocidad a la que se transfiere el soluto entre las dos fases; en algunos casos, modificando el tiempo de contacto es posible alterar la selectividad de la extracción. Por ejemplo, la extracción de paladio o níquel puede ser muy lenta porque la velocidad de intercambio de ligando en estos centros metálicos es mucho menor que la de los complejos de hierro o plata .

Agentes complejantes acuosos

Si hay un agente complejante presente en la fase acuosa, puede disminuir la relación de distribución. Por ejemplo, en el caso del yodo que se distribuye entre el agua y un disolvente orgánico inerte como el tetracloruro de carbono , la presencia de yoduro en la fase acuosa puede alterar la química de extracción: en lugar de ser una constante, se convierte en una constante. D I + 2 {\displaystyle D_{\mathrm {I} ^{+2}}}

D I + 2 {\displaystyle D_{\mathrm {I} ^{+2}}} = k [I 2 (orgánico)]/[I 2 (ac)][I − (ac)]

Esto se debe a que el yodo reacciona con el yoduro para formar I 3 − . El anión I 3 − es un ejemplo de un anión polihaluro que es bastante común.

Diseño de procesos industriales

En un escenario típico, un proceso industrial utilizará una etapa de extracción en la que los solutos se transfieren de la fase acuosa a la fase orgánica; a esto a menudo le sigue una etapa de depuración en la que se eliminan los solutos no deseados de la fase orgánica, luego una etapa de destilación en la que se eliminan los solutos deseados de la fase orgánica. Luego, la fase orgánica puede tratarse para que esté lista para su uso nuevamente. [22] [23]

Después de su uso, la fase orgánica puede someterse a un paso de limpieza para eliminar cualquier producto de degradación; por ejemplo, en las plantas PUREX, la fase orgánica usada se lava con una solución de carbonato de sodio para eliminar cualquier fosfato de dibutilo o fosfato de dihidrógeno de butilo que pueda estar presente.

Cálculos de equilibrio líquido-líquido

Para calcular el equilibrio de fases, es necesario utilizar un modelo termodinámico como NRTL, UNIQUAC, etc. Los parámetros correspondientes de estos modelos se pueden obtener de la literatura (por ejemplo, Dechema Chemistry Data Series, Dortmund Data Bank , etc.) o mediante un proceso de correlación de datos experimentales. [24] [25] [26] [27]

Equipo

Separación de fases durante una extracción líquido-líquido a escala de laboratorio. La solución de éter orgánico superior de MTBE se extrae con la solución acuosa alcalina inferior de bicarbonato de sodio para eliminar el ácido benzoico como anión benzoato , dejando un compuesto orgánico no ácido, bencilo (de color amarillo) en la fase orgánica.

Si bien la extracción con solventes suele realizarse a pequeña escala por químicos de laboratorio sintéticos utilizando un embudo de separación , un aparato de Craig o técnicas basadas en membranas, [28] normalmente se realiza a escala industrial utilizando máquinas que ponen en contacto las dos fases líquidas entre sí. Dichas máquinas incluyen contactores centrífugos , extracción de capa fina , columnas de pulverización , columnas pulsadas y mezcladores-sedimentadores .

Extracción de metales

Los métodos de extracción para una variedad de metales incluyen: [29] [30]

Cobalto

La extracción de cobalto del ácido clorhídrico utilizando Alamina 336 (tri-octil/decil amina) en meta - xileno . [31] El cobalto también se puede extraer utilizando Ionquest 290 o Cyanex 272 { ácido bis- (2,4,4-trimetilpentil) fosfínico} .

Cobre

El cobre se puede extraer utilizando oximas hidroxi como extractantes; un artículo reciente describe un extractante que tiene una buena selectividad para el cobre sobre el cobalto y el níquel . [32]

Neodimio

El elemento de tierras raras neodimio se extrae con ácido di(2-etilhexil)fosfórico en hexano mediante un mecanismo de intercambio iónico. [33]

Níquel

El níquel se puede extraer utilizando ácido di(2-etilhexil)fosfórico y fosfato de tributilo en un diluyente de hidrocarburos (Shellsol). [34]

Paladio y platino

Se han utilizado sulfuros de dialquilo, fosfato de tributilo y aminas de alquilo para extraer paladio y platino. [35] [36]

Polonio

El polonio se produce en reactores a partir de 209 Bi natural , bombardeado con neutrones , lo que crea 210 Bi, que luego se desintegra en 210 Po mediante desintegración beta-menos. La purificación final se realiza piroquímicamente seguida de una extracción líquido-líquido frente a hidróxido de sodio a 500 °C. [37]

Zinc y cadmio

Tanto el zinc como el cadmio se extraen mediante un proceso de intercambio iónico, la N,N,N′,N′ -tetrakis(2-piridilmetil)etilendiamina (TPEN) actúa como un agente enmascarador para el zinc y un extractante para el cadmio. [38] En el proceso Zincex modificado, el zinc se separa de la mayoría de los iones divalentes mediante extracción con disolventes. Para ello se utiliza D2EHPA (ácido di (2) etil hexil fosfórico). Un ion de zinc reemplaza el protón de dos moléculas de D2EHPA. Para extraer el zinc del D2EHPA, se utiliza ácido sulfúrico , a una concentración superior a 170 g/L (normalmente 240-265 g/L).

Litio

La extracción de litio es más popular debido a la alta demanda de baterías de iones de litio . El TBP (fosfato de tributilo) y el FeCl3 se utilizan principalmente para extraer litio de la salmuera (con una alta relación Li/Mg). [39] Alternativamente, también se utilizó Cyanex 272 para extraer litio. Se descubrió que el mecanismo de extracción de litio es diferente al de otros metales, como el cobalto, debido al débil enlace de coordinación entre los iones de litio y los extractantes. [40]

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

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  • Gunt Hamburg, 2014, "Ingeniería de procesos térmicos: extracción líquido-líquido y extracción sólido-líquido", véase [3], consultado el 12 de mayo de 2014.
  • GW Stevens, TC, Lo y MHI Baird, 2007, "Extracción, líquido–líquido", en Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, doi :10.1002/0471238961.120917211215.a01.pub2, consultado el 12 de mayo de 2014.
  • Colin Poole y Michael Cooke, 2000, "Extracción", en Encyclopedia of Separation Science, 10 Vols., ISBN 978-0-12-226770-3 , véase [4], consultado el 12 de mayo de 2014. 
  • Sikdar, Cole, et al. Extracciones acuosas de dos fases en bioseparaciones: una evaluación. Biotechnology 9:254. 1991
  • Szlag, Giuliano. Un sistema bifásico acuoso de bajo costo para la extracción de enzimas. Biotechnology Techniques 2:4:277. 1988
  • Dreyer, Kragl. Líquidos iónicos para la extracción y estabilización acuosa de enzimas en dos fases. Biotecnología y bioingeniería. 99:6:1416. 2008
  • Boland. Sistemas acuosos de dos fases: métodos y protocolos. Pág. 259-269
  • https://web.archive.org/web/20100702074135/http://ull.chemistry.uakron.edu/chemsep/extraction/
  • Análisis topológico de la función de energía de Gibbs (datos de correlación de equilibrio líquido-líquido). Incluye una revisión termodinámica y una interfaz gráfica de usuario (GUI) para análisis de superficies/líneas de unión/matrices hessianas - Universidad de Alicante (Reyes-Labarta et al. 2015-18)
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