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15
2026
-
04
Nat. Water: 从MOF晶体到“玻璃膜”，跨尺度设计实现提锂新路径
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背景
锂作为锂离子电池的核心元素，正支撑全球电动化与储能体系的发展。然而，锂资源分布有限，且在盐湖卤水与工业废水中通常与Na⁺、K⁺等单价离子共存，由于它们尺寸相近、水合行为相似，实现分离具挑战。传统提锂方法依赖蒸发浓缩与化学沉淀，不仅周期长、能耗高，还伴随严重环境负担。近年来，膜分离被认为是实现“直接提锂”的潜在技术路径，但现有膜材料难以同时兼顾高选择性、结构稳定性与规模化制备能力。
创新
近日，天津工业大学孙跃教授联合莱斯大学Menachem Elimelech院士提出了一种“MOF玻璃复合膜策略”，实现从分子识别到工程应用的跨尺度突破：
玻璃态MOF基体构建：利用ZIF-62的可熔融特性形成连续无缺陷基体，避免传统晶态MOF膜的晶界问题；
晶体填料引入通道：嵌入ZIF-8晶体，构建亚纳米级刚性传输通道，实现离子筛分；
限域离子传输机制：通过“脱水–再水合”能垒调控与弱离子–骨架相互作用，实现对单价离子的精细区分；
高选择性表现：K⁺/Li⁺选择性高达410；Na⁺/Li⁺选择性达80；在高K⁺浓度（10:1）下仍保持稳定分离性能；
复杂体系适应能力：在多离子盐湖体系中进一步提升选择性，实现锂富集；
工程放大验证：构建盘管式模块，实现连续流操作，将锂浓度从2.0 g L⁻¹提升至64.6 g L⁻¹，并直接制备电池级碳酸锂，能耗仅1.02 kWh kg⁻¹。
意义
该工作将MOF玻璃与晶态MOF有机结合，实现了“无缺陷结构+通道筛分”的统一，突破了传统膜材料在结构完整性与选择性之间的权衡。更重要的是，该体系不仅在分子尺度上实现离子识别，还通过模块化设计验证了实际应用可行性，真正打通了从材料设计到工程放大的关键路径。相比传统蒸发法，该技术显著缩短处理周期、降低能耗并减少环境影响。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/vV9k1A7WK6H4sQjPHOWocA
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