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10
2026
-
07
Science子刊：新型膜材料实现锂镁分离
作者：
研究背景
锂是电动汽车产业的关键资源，从盐湖卤水中提取锂对可持续发展至关重要。在典型的盐湖提锂过程中，钠和钾可通过结晶去除，而Mg²⁺是主要的竞争离子。由于Li⁺和Mg²⁺的物理化学性质相似，二者的分离一直是技术难点。膜分离技术因其高稳定性和能效而备受关注，但传统聚合物膜的选择性不足。理想情况下，为处理Mg²⁺/Li⁺浓度比高达两个数量级的卤水，膜的选择性需达到约10³量级。尽管已开发了多种先进分离膜，但其选择性大多局限于10~10²。此外，多孔晶体材料虽具有优异的分子筛分潜力，但加工性差、难以形成无缺陷膜，且与聚合物基质的界面不相容性问题也严重制约了其分离性能与长期稳定性。
本文摘要
从盐湖卤水中提取锂，关键在于实现Li⁺和Mg²⁺的分离，这有助于缓解锂资源短缺问题。然而，设计一种能在长期运行中兼具高Li⁺/Mg²⁺选择性和稳定性的筛分膜，仍然具挑战性。在此，展示了一种受生物启发的同源焊接晶态氮化碳膜，该膜能够且稳定地实现单价离子相对于二价Mg²⁺的筛分。晶态氮化碳具有均匀且狭窄的孔径，可排斥水合半径大的Mg²⁺，并含有丰富的配位位点，有助于实现几乎无势垒的Li⁺传输（如从头算模拟所示）。这些晶体随后通过气相沉积的同源物（即非晶态聚合氮化碳）进行焊接，该同源物与晶体具有相似的组成和化学性质，从而形成紧密且相容的晶体/聚合物界面。因此，我们的膜能够从高浓度Mg²⁺（1.0 M）中选择性筛分出稀的Li⁺（0.002 M），选择性高达1708，并可连续运行10天。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/BoZK5O9CYrfLDBTpZ334fA
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