鋰純度達(dá)98%！新型正電荷納濾膜

鋰純度達(dá)98%！新型正電荷納濾膜：可回收電池和鹽湖中的鋰

人人愛環(huán)保 / 時(shí)間：2024-11-28 10:47:33

賢集網(wǎng)11月27訊：近段時(shí)間，Advanced Functional Materials刊登了一種新型的正電荷納米過濾膜，用于從高鹽度的鹽湖鹵水和電池浸出液中回收鋰。這種膜通過在傳統(tǒng)的聚酰胺膜上涂覆富含銨基團(tuán)的聚電解質(zhì)來(lái)增強(qiáng)在高鹽環(huán)境下對(duì)單價(jià)陽(yáng)離子的選擇性。

研究使用鹽湖鹵水和電池浸出液進(jìn)行了超過8000次的離子排斥測(cè)量，證明了涂層膜能夠在單次過濾階段將鹽湖中的鎂濃度降至0.14%，并將電池浸出液中的鋰純度提升至98%。該膜在酸性條件下能保持12周的穩(wěn)定性。分子動(dòng)力學(xué)分析揭示了銨基團(tuán)在低pH下創(chuàng)造了一個(gè)靜電屏障，選擇性地阻礙多價(jià)陽(yáng)離子的傳輸。

這一發(fā)現(xiàn)通過測(cè)量zeta電位、孔徑大小和離子分配率得到了證實(shí)，表明基于電荷的多價(jià)陽(yáng)離子排除是觀察到的選擇性提高的主要原因。

技術(shù)突破：新型正電荷納濾膜的創(chuàng)制

新型正電荷納濾膜依托獨(dú)特設(shè)計(jì)，于傳統(tǒng)聚酰胺膜基礎(chǔ)上 “精耕細(xì)作”。其核心在于涂覆富含銨基團(tuán)的聚電解質(zhì)，恰似為膜賦予一層 “智能篩選鎧甲”?？蒲腥藛T歷經(jīng)復(fù)雜工序，先是通過哌嗪和三甲酰氯在聚砜載體上展開傳統(tǒng)界面聚合，塑造出半芳香族聚酰胺活性層，構(gòu)成基礎(chǔ)膜架構(gòu)；而后將活化的聚酰胺膜浸入質(zhì)子化的聚烯丙胺鹽酸鹽溶液，借助共價(jià)縮合手段，使聚電解質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)附著，成功制備出這一革新性的正電荷納濾膜。

這層精心構(gòu)筑的聚電解質(zhì)涂層富含高密度銨基團(tuán)，從物理結(jié)構(gòu)到化學(xué)性能全方位重塑了膜特性。與未涂層膜相較，涂層膜的聚酰胺活性層之上穩(wěn)穩(wěn)沉淀了高度交聯(lián)、質(zhì)地致密的聚電解質(zhì)涂層，猶如給膜的 “肌膚” 添了一層防護(hù)且篩選功能**的 “護(hù)盾”，膜表面粗糙度順勢(shì)降低，厚度也有相應(yīng)改變（聚酰胺層 30 - 40nm、聚電解質(zhì)層 35 - 50nm）。

紅外光譜剖析顯示，銨官能團(tuán)密度顯著攀升，羧基官能團(tuán)密度微微下調(diào)，親水性得以巧妙維持，接觸角隨時(shí)間變動(dòng)微小，彰顯出優(yōu)良的穩(wěn)定性與通透性。

性能**：高鹽環(huán)境下鋰回收顯神通

鋰回收主戰(zhàn)場(chǎng)之一是高鹽度的鹽湖鹵水與電池浸出液，此環(huán)境對(duì)納濾膜的選擇性與穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)苛挑戰(zhàn)，而新型正電荷納濾膜卻能 “游刃有余”。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科研團(tuán)隊(duì)以鹽湖鹵水和電池浸出液為 “試金石”，開展超 8000 次離子排斥測(cè)量，用數(shù)據(jù) “編織” 出其優(yōu)異性能 “畫像”。

在處理智利鹽湖鹵水時(shí)，涂層膜的 Donnan 排斥效應(yīng)大顯身手，多價(jià)陽(yáng)離子滲透率銳減一個(gè)數(shù)量級(jí)，如同在離子 “交通要道” 設(shè)置嚴(yán)格關(guān)卡，精準(zhǔn)限制 “通行資格”。單級(jí)納濾進(jìn)程中，Li/Mg 分離因子躍升幅度高達(dá) 70%，成功將滲透流里殘留的 Mg2?濃度壓低至 0.14%，讓鋰在鹵水中 “脫穎而出”，純度更上層樓。

于 NMC 電池浸出液測(cè)試場(chǎng)景下，涂層膜同樣不負(fù)眾望，離子選擇性勁增 44%，鋰純度拔升至 98%，高效篩選、富集鋰元素，為電池回收產(chǎn)業(yè)注入 “強(qiáng)心針”。

不僅如此，在酸性條件 “磨礪” 下，涂層膜穩(wěn)定性堪稱 “硬核”，置身 0.5M HCl 溶液長(zhǎng)達(dá) 12 周，離子截留率穩(wěn)如泰山，毫無(wú) “動(dòng)搖” 跡象。分子動(dòng)力學(xué)模擬揭開背后 “神秘面紗”：低 pH 值時(shí)，銨基團(tuán) “化身” 靜電屏障，憑借與多價(jià)陽(yáng)離子（如 Mg2?）間強(qiáng)大庫(kù)侖斥力，筑牢 “防御工事”，選擇性阻礙其傳輸，而對(duì) Li?排斥相對(duì)緩和，恰似為鋰開辟專屬 “綠色通道”，保障其順暢通過，實(shí)現(xiàn)高選擇性分離回收。

規(guī)?；瘧?yīng)用：兩級(jí)納濾系統(tǒng)效能解讀

從實(shí)驗(yàn)室邁向工業(yè)應(yīng)用，新型正電荷納濾膜依托兩級(jí)納濾系統(tǒng)搭建 “實(shí)戰(zhàn)舞臺(tái)”。在該系統(tǒng)里，首階段利用涂層膜 “精準(zhǔn)排斥” 特性，對(duì)高鹽度進(jìn)料溶液 “把關(guān)”，有力阻隔多價(jià)陽(yáng)離子（Mg2?等），護(hù)送 Li?順利 “通關(guān)”；第二階段聚焦?jié)B透液，再度濃縮提純其中鋰元素，“雙管齊下”，實(shí)現(xiàn)鋰回收**化。

聚焦能耗與產(chǎn)出效益，隨溶液 pH 值調(diào)低、鋰回收率上揚(yáng)，特定能耗（SECLi）有所抬升，增幅約 14.7%（處理智利鹽湖鹵水）與 5%（處理 NMC 電池浸出液）。

看似能耗 “微增”，卻換來(lái)鎂濃度銳減（智利鹽湖鹵水滲透液中 Mg2?濃度低至 0.031%）、鋰純度飆升（NMC 電池浸出液滲透液鋰純度超 99.5%）的 “超值回報(bào)”，達(dá)成能耗與滲透液質(zhì)量間精妙平衡，契合工業(yè)大規(guī)模、可持續(xù)運(yùn)營(yíng)邏輯，讓鋰回收從 “小打小鬧” 的實(shí)驗(yàn)室成果蝶變?yōu)榫邆洚a(chǎn)業(yè)落地價(jià)值的實(shí)用技術(shù)。

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