稀碱金属铷/铯离子在室温离子液体溶剂体系中的溶液行为研究

离子液体作为新型可设计溶剂介质，近年来展示了广阔的应用潜力和前景, 成为当今世界各国绿色高新技术竞争的战略高地；重稀碱金属铷/铯离子在混合溶剂体系中的溶液行为研究将为铷、铯资源的开发和应用提供重要的参考依据；本项目拟根据我们十余年来在溶液化学领域研究的经验，深入开展铷、铯离子在室温离子液体溶剂体系中的相化学和热力学性质研究；建立体系的等温溶解度、密度、折光率、粘度等基本理化性质数据库，利用相关热力学模型关联多元体系溶液的电动势，获得铷、铯离子的活度系数、混合溶剂体系的渗透系数、电解质的标准迁移Gibbs自由能等热力学数据；结合相化学和热力学研究结果，解决铷、铯盐在离子液体溶剂体系中溶解度的理论预测；本研究工作的开展，不仅能够极大地丰富和发展稀碱金属盐类电解质和离子液体新型溶剂体系的溶液化学，而且将会推动化学热力学和相关学科的发展，并对离子液体新型用途的开发起到重要的指导和促进作用。

离子液体因其独特的物理化学性质在工业和学术领域引起了越来越多的关注。按照本项目的研究计划，我们在铷铯盐-离子液体多元体系相化学和热力学等方面取得了系列研究进展，具体如下：(1) 选择10种烷基咪唑类离子液体与水、脂肪醇、酰胺和脲类等常见溶剂组成四大系列共计100余个二元溶剂体系。测定了所有二元体系的密度、折光率及粘度，计算了体系的过量摩尔体积和等压热膨胀系数等。结果显示，水或分子溶剂体系均有效地降低离子液体的粘度，很好地改善离子液体的传输性能。(2) 选择重稀碱金属卤化物、硫酸盐和碳酸盐与咪唑离子液体和水组成了50余个三元体系，研究了其相化学行为。离子液体对卤化物和硫酸盐盐具有明显的盐析效应，其溶解度随着体系中离子液体含量增加而减小，且随着离子液体阳离子烷基链增长而增大。碳酸盐体系则形成明显的双水相，具有不同阴阳离子结构的离子液体成相能力不同。我们同时将此类体系应用于氨基酸的萃取分离，考察了温度、无机盐浓度、离子液体结构、pH值以及氨基酸结构等几个方面对萃取效率的影响。当离子液体的疏水性增强时，氨基酸在其中的分配系数也会增大，且远远大于传统PEG双水相体系。随温度的升高，氨基酸的分配系数值逐渐减小，因此利用此类体系对氨基酸的萃取分离适合在常温下进行。同时采用自制等压实验装置研究了室温下铷铯氯化物-离子液体-水三元体系的等压热力学行为，结果显示体系中离子液体与无机盐之间的相互作用影响了体系的线性等压行为。(3) 研究了系列碱金属盐在脂肪醇、酰胺、氨基酸等与水所组成的100余个多元体系的相化学。结果表明盐含量、温度、有机溶剂含量是影响各种溶液性质的主导因素，使用 NRTL 和 UNIQUAC 活度系数模型对等温溶解度进行了拟合。采用Jouyban-Acree方程对溶解度、密度和折光率进行了预测，同时从热力学的角度对溶质的溶解过程进行了解释。研究了碱金属盐在上述各类混合溶剂中的热力学性质，分别用Pitzer方程等与Nernst方程联立对实验数据点进行了拟合分析，得到了各方程的参数以及不同体系的标准电动势的数值，获得各体系的活度系数、渗透系数以及无机盐由纯水迁移至混合溶剂过程的标准迁移吉布斯自由能。综上所述，经过四年的项目实施，圆满完成了研究计划，本项目的研究结果将为铷、铯资源的开发和应用提供重要的参考依据。