盐湖卤水中铷铯高效提取过程纳微界面选择性传质机理与新工艺研究

Rubidium, cesium are important rare and precious metallic strategic resources. Reasonable exploitation and utilization of rubidium, cesium resources in salt lake is very important. Salty lake brine is a complex system with high salinity, large reserves but very low concentrations of the rubidium ions (Rb+) and cesium ions (Cs+). Traditional solvent extraction method can recover Rb+, Cs+ from salty lake brine with a good selectivity and is easy to achieve continuous production. However, this method has many operation steps, the extractant is very expensive and is easily lost in the mixing process, leading to the environment pollution. In addition, it is very difficult to achieve the desired large O/W ratio mixture for ultra-low concentrations of Rb+, Cs+ extraction, leading to the reduced production efficiency. To solve this problem, the project proposed immobilizing the excellent extractant for Rb+ and Cs+ with good selectivity and extraction ability to the surface or inside of magnetic carriers through physical or chemical manner to recover Rb+ and Cs+ from salt lake brine. And then using spectroscopy, computational chemistry and molecular modeling tools to study the interfacial interaction mechanisms between immobilized extractants and Rb+/Cs+ ions to optimize the carrier designs. Finally, carrying out the mass transfer strengthen study according to thermodynamics and kinetics laws of the system to explore air-assisted magnetic mixing reaction-separation technology and slugging fluidizing reaction-separation technology to solve problems in rubidium and cesium resource utilization in salt lake brine.

铷、铯是重要的稀贵战略资源，合理开发利用盐湖中铷、铯资源具有重要意义。盐湖卤水体系是高盐度复杂体系，铷(Rb+)、铯离子(Cs+)储量大但浓度非常低。传统溶剂萃取法虽然能将Rb+、Cs+从基体中分离出来，具有较好的选择性，易于实现连续化生产，但操作步骤多，萃取剂价格昂贵，在混合萃取过程中易流失，对环境造成污染，特别对超低浓度Rb+、Cs+提取所需大相比混合操作难以实现，使生产效率降低。针对该问题，本项目提出将对Rb+、Cs+具有优良萃取和选择能力的萃取剂以物理附载或化学键合的方式附载于磁性载体表面或内部，用于盐湖卤水中Rb+、Cs+的提取回收，通过光谱、计算化学及分子模拟手段研究固定化的萃取剂与Rb+、Cs+相互作用机制及规律，优化载体设计，并根据载体萃取热力学及动力学规律开展传质强化研究，开发气助磁混反应分离技术及节涌型磁性流化反应分离技术，以解决盐湖卤水中铷铯资源利用的问题。

铷、铯是重要的稀贵资源，盐湖卤水中含有大量的铷铯离子，但浓度很低，且相似离子浓度高，分离困难。从界面分子层次来研究液液及固液萃取行为和机理，在此基础上开发中性萃取体系及磁分离技术，实现盐湖卤水绿色分离提取，对盐湖铷铯资源的高效综合利用具有重要意义。.项目研究内容为：金属离子萃取过程中的盐离子效应研究；15冠5及其苯并衍生物对铷铯的选择性结晶分离研究；t-BAMBP弱碱性萃取及用于模拟盐湖卤水中铷铯的提取；杯芳烃冠醚-正辛醇/离子液体中性萃取体系研究；普鲁士蓝及其类似物高K+条件下吸附分离铷铯；功能化高选择性磁性PGMA微球用于金属离子吸附。.获得主要结果及进展如下：.通过全内反射紫外可见吸收光谱等新方法，从分子层次揭示了金属萃取过程的盐离子效应。低盐浓度下，阴离子的界面亲和力主导金属离子萃取；高盐浓度下盐阴离子的界面亲和力和盐析能力将共同主导萃取；在非功能离子液体体系中，盐离子的水化行为和配位能力共同主导萃取。.15C5、B15C5和DB15C5可对铷铯混合物中的Rb+进行选择性结晶。其中，B15C5对Rb+的选择性最高为31.5，结晶产率77.68%。通过晶体学研究配位成键揭示了选择性机理。.通过NaOH碱预处理t-BAMBP萃取相，建立弱碱性体系铷铯选择性萃取的新方法，该体系βRb/K，βCs/K相比传统方法增大了5.8和71.0倍；用于中性模拟盐湖卤水萃取Rb+和Cs+，回收率分别达到86.5%和99.1%，易于反萃，循环使用性佳。.通过离子液体协萃实现了中性条件下BPC6-正辛醇体系对铷铯的高效萃取，萃取率均达到99%以上，βRb/K，βCs/K最高达20和40，并对配位结构进行解析，揭示萃取机理。.采用一步合成新方法制备了普鲁士蓝-介孔硅胶复合材料，对高K+浓度体系仅一次吸附洗脱实验可将K+与Rb+、Cs+的比例从100：1降至1:1且30min可达平衡。热力学研究表明，在亚铁氰化锌中Cs+较易置换Rb+，分离效果良好。.通过改变参与开环反应的基团浓度，制备了EDA功能化的高吸附容量磁性PGMA微球用于金属离子分离，吸附机理以配位为主；通过表面引入软碱制备PEI-S功能化的高选择性磁性PGMA微球，其吸附机理为配位和阳离子交换作用机理。