铷铯具有优异的光电性能,是重要的战略资源。我国盐湖卤水中含有丰富的铷铯,目前还未能有效开发利用,随着盐湖资源的综合利用和高值化的深入进行,从卤水中分离提取铷铯势在必行。基于此,本论文采用溶剂萃取法对卤水中铷的分离富集展开相关研究工作。在传统冠醚体系中引入离子液体作为协萃剂,构建了不同侧链和孔径的冠醚-离子液体萃取体系。对四种传统酚醇萃取进行剂改性,合成了四种类离子液体。研究和对比了各萃取体系对铷的萃取分离性能,详细考察了影响体系萃取性能的因素,优化了萃取工艺。利用斜率法求得各体系中铷离子和萃取剂的萃合比;通过紫外、红外等光谱手段,分析了萃取前后有机相的变化,研究不同体系的萃取机理。对各体系的萃取热力学过程进行研究,获得了相应的热力学参数。通过量子计算,对三种冠醚萃合物和四种合成的类离子液体结构进行了优化,获得了相应的化学键长和阴阳离子结合能参数。用单液滴法对t-BAMBP-SK体系萃取铷的动力学进行了探究。得到的主要结论如下:1.构建了18C6-[C₄mim⁺][PF₆^-]-C₂H₄Cl₂体系,通过单因素变量法确定温度291 K时最优的萃取条件为:V_IL=80%,水相pH无需调节,振荡时间15 min,18C6浓度0.5 mol·L^-1,相比O/A=1.5,在此条件下该体系对Rb⁺、Cs⁺、K⁺的单级萃取率分别为84.11%、94.99%和36.45%。该体系对Li⁺、Mg²⁺几乎不萃,有少量的Na⁺发生了共萃;以含RbCl、CsCl和H₂SO₄混合溶液作为洗涤液,可有效除去99.31%Na⁺和49.7%K⁺,Rb⁺和Cs⁺在洗涤过程中没有发生损失并且有部分萃取。3.0 mol·L^-1NH₄NO₃对Rb⁺、Cs⁺的单级反萃率分别为90.55%和97.73%。紫外吸收和红外光谱分析结果表明该体系是以阳离子交换的方式实现对Rb⁺、Cs⁺的萃取。相较于传统稀释剂,冠醚体系中引入离子液体可以有效的提高18C6对铷铯的萃取效果,可用于水相中铷铯的分离。2.通过对冠醚的孔径大小和侧链疏水性的筛选,对协萃剂离子液体的的改善,构建了TB21C7-[C₄mim⁺][NTf₂^-]-C₂H₄Cl₂萃取体系。在温度291 K、V_IL=90%、振荡时间10 min、TB21C7浓度0.2 mol·L^-1、相比O/A=1.5时,该体系对Rb⁺、K⁺的萃取率分别为93.63%和32.50%。用斜率法求得萃合物的比值为1.06;紫外和红外光谱分析表明离子液体体系是以阳离子交换的方式实现对Rb⁺的萃取;TB21C7醚氧键的O原子与碱金属离子形成了配位键。量子计算对不同冠醚萃合物结构优化结果表明,三种不同结构的冠醚中TB21C7与Rb⁺结合的键长最短,且与Rb⁺相互作用远强于K⁺。萃取热力学研究表明该冠醚体系对Rb⁺的萃取是自发的放热反应,低温对萃取有利。相较于18C6-[C₄mim⁺][PF₆^-]体系,TB21C7-[C₄mim⁺][NTf₂^-]体系对铷钾萃取分离系数有显著的提高,同时萃取体系有更好的疏水性和更快的分相速度。3.研究了TB21C7-[C₄mim⁺][NTf₂^-]-C₂H₄Cl₂体系在卤水中分离提取铷的应用,通过正交实验法得到最优的萃取条件是:0.25 mol·L^-1的萃取剂、相比=2:1,温度274 K、[C₄mim⁺][NTf₂^-]含量10%。对实际卤水进行三级逆流萃取后,Rb⁺、K⁺的分配比分别增大为130.58和0.718,超过99%的Rb⁺萃取到有机相中,实现了Rb⁺和卤水中大部分共存离子的分离。共存金属阳离子的分离效果表明该体系对Li⁺、Mg²⁺、B几乎不萃,有部分Na⁺、K⁺的发生了共萃。用4:1的RbCl、H₂SO₄混合洗涤液对负载有机相进行三次洗涤后,可去除几乎全部的Na⁺和93.7%K⁺,洗涤过程中负载有机相对混合液中的Rb⁺发生了萃取。用2.5 mol·L^-1NH₄NO₃对洗涤后的有机相进行反萃,反萃液中只检测到了Rb⁺和K⁺,钾铷比从最初的104.3降低到0.12。有机相循环5次后对Rb⁺依然具有良好的萃取性能。TB21C7-[C₄mim⁺][NTf₂^-]体系通过萃取、洗涤、反萃可对卤水中的Rb⁺有效地分离富集。4.对四种不同侧链酚醇进行改性,合成了四种类离子液体:[N⁺₄₄₄₄][pTBP^-]、[N⁺₄₄₄₄][pTBNP^-]、[N⁺₄₄₄₄][sBAMBP^-]、[N⁺₄₄₄₄][tBAMBP^-],其中[N⁺₄₄₄₄][tBAMBP^-]对Rb⁺的萃取效果比其他三种更好。在0.5 mol·L^-1时,[N⁺₄₄₄₄][tBAMBP^-]对铷钾的单级萃取率分别为92.7%和16.2%。用0.08 mol·L^-1HCl对负载有机相中的Rb⁺进行反萃,单级反萃率大于97%。反萃后的有机相经碱洗和水洗后可实现再生,经过四次循环使用对Rb⁺的萃取率仍大于87%。通过斜率法求得萃取体系的萃合比n为0.667,Rb⁺与类离子液体分子以2:3的比例形成萃合物。红外光谱的研究表明:[N⁺₄₄₄₄]上的官能团在萃取过程中没有和Rb⁺发生络合作用,阴离子[RO^-]上C-O上的O原子和Rb⁺形成了C-O→Rb键,合成的类离子液体体系是中性复合机理。四种类离子液体与对应原酚醇萃取剂相比,对Rb⁺的萃取率有了显著的提高;与前面冠醚-离子液体体系相比,对Rb⁺有更好的选择性。5.利用改进后的上升单液滴装置研究了t-BAMBP-磺化煤油体系萃取铷的动力学,比界面积对铷萃取速率影响的结果显示t-BAMBP萃取铷的反应发生在界面区域,线性拟合反应物浓度与萃取速率的关系萃得到取速率方程为:R_e=3.176×10^-5[Rb⁺]^1.002[OH^-]^1.179[t-BAMBP]^0.991,实验值和计算值的均方根误差2.581%。热力学研究表明该萃取反应为放热反应,萃取反应的表观活化能Ea=10.43 kJ·mol^-1,萃取过程为扩算控制。共存离子对萃取速率的研究表明K⁺竞争性抢占萃取位点使Rb⁺的萃取速率减小,Mg²⁺、Ca²⁺和硼酸根离子的存在使Rb⁺的萃取速率降低,而Li⁺对铷的萃取速率几乎不影响;在高浓度Na⁺环境下,铷的萃取速率大约为无Na⁺环境下的1/3。采用稳态近似法对萃取反应中的传质方程推导得到的萃取速率反应方程和实验得到的宏观动力学方程一致,建立了萃取体系的传质模型。总之,通过对冠醚-离子液体体系的构建和优化,以萃取、洗涤、反萃为实验流程,可以从卤水中有效分离富集提取铷铯。对传统酚醇体系的改性,解决了传统酚醇体系需要对水相简化的问题,改善了分相慢、易乳化的问题。萃取动力学的研究更深入了解t-BAMBP-SK体系萃取铷的过程,为该体系的扩大实验提供理论指导。