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08
2026
-
09
EST:新型膜材料精准回收关键矿物钴
作者：
研究背景
钴是锂离子电池正极的关键材料，随着全球脱碳进程加速，其需求预计将翻倍增长。然而，钴的开采面临伦理、可持续性及供应链等方面的严峻挑战，推动从高浓度工业废水及卤水中回收钴成为重要的二次来源。但这些复杂水体中常共存镍、锰等理化性质极为相似的过渡金属离子，其中钴镍分离尤为困难——二者离子半径、水合半径、电荷及价态几乎相同，传统基于尺寸或电荷的膜分离技术难以实现*准区分。当前工业上主要依赖溶剂萃取法，虽可实现*高选择性，但大量使用有毒有机溶剂带来严重的环境与安全风险。因此，亟需开发一种既能保持高精度离子识别能力、又具备可持续性的新型分离技术。
本文摘要
基于尺寸、电荷和价态的传统膜分离机制无法有效区分钴、镍和锰等性质几乎相同的过渡金属离子。为规避这些根本性限制，开发了一种钴选择性膜，该膜通过特定的离子-配体配位几何结构促进离子传输，这是一种在膜中尚未充分利用的分离机制。首先，我们制备并表征了一种磷酸酯官能化的聚电解质多层膜，该膜旨在提供一种空间受限的配位环境。接下来，我们在多狭缝扩散池传输实验中评估了离子通量和膜选择性，实现了Co2+/Ni2+选择性约为2.3，Mn2+/Co2+选择性为1.9，Zn2+/Co2+选择性为17.3，并逆转了经典Irving-Williams稳定性序列（Mn2+<Co2+<Ni2+>Zn2+）的选择性预期。通过等温滴定量热法和密度泛函理论模拟，我们证明了Co2+相对于Ni2+的热力学有利结合驱动了一种配位“跳跃”机制。传输过程受控于离子部分脱水并适应由刚性配体基质所施加的扭曲八面体几何结构的能力。这些结果为利用配位几何结构作为设计用于关键矿物回收的高精度离子选择性材料的有前景的驱动力奠定了基础。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/XbesOiSb5ozneWMVFPZJnw
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