Salt-Induced Liquid–Liquid Phase Separation: Combined Experimental and Theoretical Investigation of Water–Acetonitrile–Salt Mixtures

化学 液态液体 三元运算 乙腈 萃取(化学) 盐析 盐(化学) 相图 液-液萃取 背景(考古学) 热力学 相(物质) 离子 化学物理 色谱法 水溶液 有机化学 古生物学 物理 计算机科学 生物 程序设计语言
作者
Minglun Li,Bilin Zhuang,Yuyuan Lu,Lijia An,Zhen‐Gang Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (2): 773-784 被引量:66
标识
DOI:10.1021/jacs.0c09420
摘要

Salt-induced liquid-liquid phase separation in liquid mixtures is a common phenomenon in nature and in various applications, such as in separation and extraction of chemicals. Here, we present results of a systematic investigation of the phase behaviors in water-acetonitrile-salt mixtures using a combination of experiment and theory. We obtain complete ternary phase diagrams for nine representative salts in water-acetonitrile mixtures by cloud point and component analysis. We construct a thermodynamic free energy model by accounting for the nonideal mixing of the liquids, ion hydration, electrostatic interactions, and Born energy. Our theory yields phase diagrams in good agreement with the experimental data. By comparing the contributions due to the electrostatic interaction, Born energy, and hydration, we find that hydration is the main driving force for the liquid-liquid separation and is a major contributor to the specific ion effects. Our theory highlights the important role of entropy in the hydration driving force. We discuss the implications of our findings in the context of salting-out assisted liquid-liquid extraction and make suggestions for selecting salt ions to optimize the separation performance.
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