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本论文以重稀土分离为目标，研究了两类溶剂萃取新体系P507-异辛醇与二（2-乙基己基）膦酸(P227)对稀土元素的热力学与动力学萃取规律。同时制备了PVDF-[A336][P507]与PVDF-[A336][P227]两种离子液体杂化膜，研究了其对重稀土的传输性能。具体研究内容如下： 1.对目前关注较多的重稀土分离体系P507，Cyanex272，P507-Cyanex272,P507-异辛醇和离子液体[A336][P507]，系统地比较了其萃取分离重稀土的性能。对其中性能较优秀的P507-异辛醇体系对全部稀土元素的萃取与分离规律进行了完善与补充，为P507-异辛醇体系的工业应用提供更完整与关键的数据。阐述了配位平衡效应对重稀土分离体系筛选的指导作用。即通过萃取剂结构调控对配合物的内层或外层配位环境中氢键组成、排布与构象等产生影响，最终使萃取反应的配位平衡发生移动，实现强化重稀土反萃的目标。 2.对新萃取剂P227进行了系统的热力学与动力学研究。P227表现出优于Cyanex272的界面现象和萃取容量，同时反萃酸度低于P507，能够完全反萃重稀土元素，且分离性能、饱和容量与P507相当，具有应用于重稀土分离的潜力。对分离系数的确定采用了热力学平衡方法和非平衡态方法。非平衡态下观察P227分离系数的变化更具有指导价值。利用层流恒界面池装置，在动力学方面通过研究温度对反应速率的影响，发现P227对LuC13的萃取与反萃活化能分别处在大于42kJ· mol-1的动力学控制和小于20 kJ· mol-1的扩散控制区域内，且反萃的活化能更低。两相搅拌速率的影响实验表明萃取更有可能是化学反应控制;而反萃过程更有可能是扩散控制机制。通过研究比界面积的影响发现P227对Lu的萃取反应发生区域为水相和界面处的混合控制，而对反萃过程，其化学反应发生在两相界面处。通过研究各反应物浓度对萃取速率的影响，确定如下萃取与反萃速率方程:RF=10-0.81[Lu3+](a)[H2A2]0.65(o)[H+]-0.39(a)kmol/m2sRF=10-2.16[LuA3(HA)3](o)[H2A2]-0.81(o)[H+]1.82(a)kmol/m2s 3.以PVDF为膜基质材料，使用离子液体[A336][P507]作为萃取剂，不使用其他离子液体增塑剂，以相较前人研究更为简单的膜组成制备了离子液体杂化膜，并对重稀土元素的传输与富集进行研究。通过表征发现该类杂化膜具有不对称的孔洞结构。且离子液体在膜中与PVDF没有明显的化学相互作用，而是以小分子成核剂的形式促进PVDF链段的排列结晶。传输实验结果表明LuCl3更适合从膜的小孔洞结构一面向大孔洞结构一面传输，以避免过多的萃合物分子生成后阻塞膜内的传输通道。由于反萃能力的差异，膜对YbCl3的传输快于LuCl3。同时，初步的富集结果表明，该膜分离过程有应用于LuCl3富集的可能。循环实验证明该膜具有良好的稳定性。 4.对新型离子液体[A336][P227]，首先研究了对酸与稀土的萃取机理。推导出在盐酸介质中对稀土的两种可能的萃取机理，如下式所示:RE3+(a)+nCl-(a)+3[R4N][A](O)(→)RECln[R4N]nA3(O)+(3-n)[R4N]+(O) 其中，[R4N]+代表季铵盐阳离子[A336]+，A代表P227共轭碱阴离子。当n=3时，上式反映中性络合机理;当n=0时，上式反映阳离子交换机理。 在盐酸与硝酸介质中，研究了P227与[A336][P227]的分离系数。盐酸体系中两种萃取剂的分离系数变化规律相似，分离性能相当。而对硝酸体系来说，离子液体对Ho/Y/Er表现出更高效的分离性能。 对PVDF-[A336][P227]杂化膜，对其在硝酸介质中对重稀土Ho/Y/Er/Tm的潜在富集与分离性能进行了研究。该膜对这四种重稀土元素的最初膜通量数值依次增加，其中分离性能以Y/Ho最佳，最初膜通量之比数值为1.67。该膜的孔洞结构与FVDF-[A336][P507]相似，循环性能良好，膜厚稳定。同时，这一类聚合物杂化膜对不同稀土元素的传输规律将不再与溶剂萃取热力学顺序一致，它不仅受离子液体本身溶剂萃取与反萃的热力学与动力学规律的影响，更多的还受到膜与两侧水相界面传质动力学因素以及膜内传质机理影响。