研究背景

鋰(L)是清潔能源轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵元素，因其在鋰離子電池中的重要作用而成為了研究熱點。隨著全球?qū)Φ吞忌鐣D(zhuǎn)型的推動，鋰的需求不斷上升，預(yù)計到2050年其生產(chǎn)將增長18到20倍。然而，傳統(tǒng)的鋰提取方法主要依賴于硬巖礦和鹽湖鹵水，硬巖采礦雖然能快速提取鋰，但其對環(huán)境的負面影響及高能耗問題日益嚴重。同時，鹽湖鹵水中的高鹽度、復雜成分和對鎂(Mg?*)的選擇性差，使得鋰的提取過程 效率低下只，成為當前提取鋰的重要挑戰(zhàn)。

成果簡介

為了解決這些問題，澳大利亞蒙納士大學化學與生物工程系王煥庭院士、澳大利亞昆士蘭大學化學工程學院張西旺院士團隊、澳大利亞蒙納土大學/蘇州工業(yè)園區(qū)蒙納士科學技術(shù)研究院李之考博土、上海寶武集團環(huán)境資源科技有限公司李恩超博土攜手提出了直接鋰提取(DLE)技術(shù)，其中包括采用乙二胺四乙酸(EDTA)輔助的松散納濾(EALNF)方法，

這一創(chuàng)新工藝利用EDTA-與鎂離子之間的選擇性結(jié)合，實現(xiàn)了超高的鎂離子拒絕率(99.85%)和超快的鋰離子通量(約4.34molm-h-”)，并在工業(yè)條件下實現(xiàn)了前所未有的鋰!鎂分離因子(約679)。經(jīng)過兩階段過濾，該過程的鋰回收率高達89.90%，同時將鎂離子廢物轉(zhuǎn)化為納米結(jié)構(gòu)Mg(OH)2，98.87%的EDTA4-可以再生。

以上成果在Nature Sustainability期刊上發(fā)表了題為"Sustainable lithium extraction and magnesium hydroxide co-production from saltlake brines"介新論文。此研究不僅優(yōu)化了鋰的提取過程，還最大化了資源的利用，顯示出在推動向更可持續(xù)未來轉(zhuǎn)型方面的巨大潛力。



研究亮點

(1)本實驗首次采用松散納濾(EALNF)結(jié)合乙二胺四乙酸(EDTA)技術(shù)，成功實現(xiàn)了從高鹽度鹽湖鹵水中高效直接提取鋰離子(Li*)和有效利用鎂離子(Mg?*)。該過程展示了在工業(yè)條件下對鋰和鎂的高選擇性。

(2)實驗通過利用EDTA+與Mg?*之間的選擇性結(jié)合，達到了99.85%的鎂離子拒絕率，顯著提高了鋰離子的通量，約為4.34 mol m-1-1。同時，鋰/鎂的分離因子達到了679，表現(xiàn)出優(yōu)異的分離能力。

(3)在兩階段過濾過程中，鋰的回收率高達89.90%，并且鎂離子廢物轉(zhuǎn)化為納米結(jié)構(gòu)Mg(OH)z，有效減少了環(huán)境影響。此外，98.87%的EDTA“-可以再生，確保了資源的循環(huán)利用。這一可擴展的過程不僅最大化了資源的利用，還為推動可持續(xù)未來提供了新的技術(shù)方案。

圖文導讀



圖1: 不同鋰提取工藝對比：蒸發(fā)沉淀法



圖2:二元陽離子鹵水的與EALNF法。



圖3: 鹽湖鹵水的選擇性結(jié)合與過濾。



圖4: 鹵水資源綜合利用及技術(shù)經(jīng)濟分析。

結(jié)論展望

EALNF策略提供了一種可持續(xù)高效的鋰離子(Li?)提取及鎂離子(Mg2?)回收方法，適用于復雜的高鹽度鹵水。該過程利用EDTA??與Mg2?之間的選擇性結(jié)合，放大了鎂離子與鋰離子之間的物理化學差異，使其在各種鹵水條件下有效分離。

該方法在工業(yè)條件下實現(xiàn)了顯著的鋰離子通量和鋰/鎂分離因子，優(yōu)于以往的納濾研究，將鋰離子的提取時間從幾年縮短至幾周。此外，EALNF過程幾乎回收了所有的鋰離子，并從富含[Mg-EDTA]2?的濃縮液中生成高價值的納米結(jié)構(gòu)Mg(OH)?副產(chǎn)品，同時實現(xiàn)EDTA??的高效再生，并減少試劑消耗。此外，這一創(chuàng)新技術(shù)通過大幅減少淡水消耗，提供了對鹽湖地區(qū)淡水短缺的可持續(xù)解決方案。

因此，EALNF過程代表了鋰提取的根本轉(zhuǎn)變，為解決鋰供應(yīng)短缺和鹽湖鹵水中大量鎂廢物的關(guān)鍵挑戰(zhàn)提供了一種簡單、靈活且環(huán)保的解決方案，并在工藝導向思維上實現(xiàn)了重大進展，為可持續(xù)資源回收和循環(huán)鋰經(jīng)濟鋪平了道路。

文獻信息

Yong, M., Tang, M., Sun, L. et al. Sustainable lithium extraction and magnesium hydroxide co-production from salt-lake brines. Nat Sustain (2024).