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能源科學(xué)領(lǐng)域大牛！他，「國(guó)家級(jí)人才」/「長(zhǎng)江學(xué)者」，C9教授領(lǐng)銜發(fā)表今日重磅Nature！

2024年12月12日，南京大學(xué)周豪慎教授（國(guó)家級(jí)人才/長(zhǎng)江學(xué)者）、何平教授等人在Nature上發(fā)表了一篇題為“Lithium extraction from low-quality brines”的綜述長(zhǎng)文。

本文綜述了從苛刻但有前途的來(lái)源提取鋰的最新進(jìn)展和持續(xù)的挑戰(zhàn)，涵蓋了各種方法，包括沉淀、溶劑提取、吸附、膜分離和電化學(xué)分離。同時(shí)，還根據(jù)分離工藝的基本原理，展望了鋰提取技術(shù)的未來(lái)發(fā)展。

研究?jī)?nèi)容

鋰因其輕質(zhì)和低電化學(xué)電位而成為鋰離子電池不可或缺的材料，這些電池不僅用于電動(dòng)汽車，也用于與風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源結(jié)合的電網(wǎng)儲(chǔ)能，支持全球減排和能源可持續(xù)性。鋰離子電池行業(yè)的擴(kuò)張導(dǎo)致鋰需求激增，預(yù)計(jì)到2050年需求將增長(zhǎng)八到十倍。然而，現(xiàn)有鋰資源的開(kāi)采方法能耗高、環(huán)境影響大，且可能無(wú)法滿足未來(lái)需求。全球鋰資源分布集中，增加了供應(yīng)安全和環(huán)境挑戰(zhàn)。因此，開(kāi)發(fā)從低品質(zhì)鹵水中提取鋰的新技術(shù)變得尤為重要，這些方法旨在提高提取效率，減少環(huán)境影響，并確保鋰資源的可持續(xù)供應(yīng)。這包括改進(jìn)傳統(tǒng)蒸發(fā)–沉淀技術(shù)，以及開(kāi)發(fā)無(wú)需預(yù)濃縮的直接鋰提取技術(shù)。通過(guò)這些技術(shù)進(jìn)步，可以更好地利用低品位鹵水中的鋰資源，推動(dòng)可持續(xù)的鋰生產(chǎn)，滿足能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的需求，并支持全球向更清潔、更可持續(xù)的能源未來(lái)轉(zhuǎn)變。

其中，本文提出了“低品質(zhì)鹵水”概念，指的是鋰濃度低于0.26 g/l，或鎂鋰比（Mg/Li）高于6.15的鹵水資源，通常包括沉積水、地?zé)崛剂?、油田產(chǎn)水、海水和鹽湖中發(fā)現(xiàn)的鹽水。這些鹵水雖然鋰含量較低，但其總儲(chǔ)量巨大，并且在全球范圍內(nèi)分布廣泛。但由于其廣泛的儲(chǔ)量和廣泛的地理分布而具有巨大的潛力，但由于低鋰濃度和高鎂鋰比，從這些來(lái)源提取鋰帶來(lái)了技術(shù)挑戰(zhàn)。

圖1：現(xiàn)有不同鋰提取方法的總結(jié)。

圖1展示了從近期研究中收集的數(shù)據(jù)，這些研究專注于從低品位鹵水中提取鋰，繪制了不同研究中原料和結(jié)果溶液的Mg/Li比率和鋰濃度。

溶劑萃取

溶劑萃取是一種廣泛使用的分離技術(shù)，它利用目標(biāo)離子在不相混溶溶劑中的溶解度差異，并且已經(jīng)適應(yīng)于鋰的提取。它涉及將鹵水與溶劑（萃取劑）混合，這些溶劑特別溶解Li⁺同時(shí)有效地排斥其他陽(yáng)離子。選擇性來(lái)自于Li⁺與萃取劑之間更強(qiáng)的相互作用，以及其他陽(yáng)離子（特別是Mg²⁺）在進(jìn)入萃取劑相時(shí)脫水的更大難度。然后，富含鋰的萃取劑經(jīng)過(guò)脫除溶液處理以回收鋰，從而為萃取劑的再利用做準(zhǔn)備（圖2a）。

其中，具有特定環(huán)結(jié)構(gòu)的冠醚顯示出對(duì)Li⁺與其他離子的選擇性螯合偏好（圖2b）。然而，它們的可行性受到干擾ML2結(jié)構(gòu)和高合成成本的限制。一個(gè)更有效的方法涉及將它們嵌入到基質(zhì)中以形成選擇性微結(jié)構(gòu)，這些微結(jié)構(gòu)有助于Li⁺的通過(guò)，同時(shí)阻礙Mg²⁺。協(xié)同提取系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)大大增強(qiáng)了使用溶劑萃取從低品位鹵水中回收鋰的可行性，在典型的協(xié)同提取過(guò)程中，使用幾種萃取劑和輔助試劑的混合物。一種萃取劑與Li⁺螯合，第二種萃取劑中和電荷，并幫助去除復(fù)合物中剩余的配位水，減少其親水性，并在萃取劑相中富集鋰。

圖2：萃取法和吸附法實(shí)現(xiàn)鋰提取。

圖3：膜分離技術(shù)。

圖4：電化學(xué)方法的鋰離子提取技術(shù)。

圖5：鋰提取的基本原理。

到目前為止，五種最常被研究的鋰提取方法，并注意到一些方法顯示出了有希望的結(jié)果。盡管如此，為了開(kāi)發(fā)更有效的鋰提取技術(shù)，擴(kuò)大對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之外的探索，并從基本的分離–濃縮原理的角度重新評(píng)估這個(gè)問(wèn)題至關(guān)重要。

作者預(yù)測(cè)，通過(guò)在這些領(lǐng)域的持續(xù)研究和開(kāi)發(fā)努力，從低品質(zhì)鹵水中提取的鋰將成為鋰可持續(xù)生產(chǎn)和使用的實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)者，這反過(guò)來(lái)將確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠供應(yīng)，并促進(jìn)全球向更清潔和更可持續(xù)的能源未來(lái)的轉(zhuǎn)變。

文獻(xiàn)信息

Yang, S., Wang, Y., Pan, H.et al.?Lithium extraction from low-quality brines.?Nature,?

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/12/13/f11197a38b/

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