一種新型復(fù)合膜助力鹽湖提鋰技術(shù)取得新進(jìn)展

科技日?qǐng)?bào)記者 頡滿斌

17日，記者從蘭州大學(xué)獲悉，該校教育部稀有同位素前沿科學(xué)中心陳熙萌教授、李湛研究員團(tuán)隊(duì)在鹽湖鹵水戰(zhàn)略元素膜分離研究領(lǐng)域取得系列新進(jìn)展。相關(guān)研究成果先后在國(guó)際材料與化學(xué)領(lǐng)域期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志·金》和《納米快報(bào)》上發(fā)表。

鋰作為重要的不可再生戰(zhàn)略資源，在國(guó)防工業(yè)、新能源、先進(jìn)制造等領(lǐng)域具有重要地位。目前，我國(guó)的鋰資源主要存在于鹽湖鹵水中。傳統(tǒng)鹽湖提鋰技術(shù)存在二次污染、成本高、回收率低、選擇性差等問(wèn)題。

自2020年開(kāi)始，陳熙萌團(tuán)隊(duì)致力于開(kāi)發(fā)一種從鹵水到高純鋰，再到鋰同位素的連續(xù)分離提取工藝。研究團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)出一種全新結(jié)構(gòu)的二維異質(zhì)結(jié)復(fù)合膜。該膜利用膜層間的限域傳輸過(guò)程，成功實(shí)現(xiàn)了在真實(shí)鹽湖環(huán)境中對(duì)鋰及相關(guān)戰(zhàn)略元素的分離提取。

圖為蘭州大學(xué)自主研發(fā)系列二維膜

據(jù)介紹，該類(lèi)二維異質(zhì)結(jié)通道可允許小尺寸水合離子的快速通過(guò)，同時(shí)阻止了較大尺寸水合離子在二維膜層間的快速傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了混合體系中多離子之間的超高選擇性尺寸篩分，具有較高的工業(yè)化應(yīng)用前景?！敖饘儆袡C(jī)框架材料/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在顯著提高了膜分離選擇性，而聚合物/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在改善了膜機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，進(jìn)而大幅改善了膜的實(shí)際應(yīng)用潛力。”陳熙萌說(shuō)。

李湛介紹，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了二維膜材料對(duì)于復(fù)雜體系中多離子之間的篩分，并闡明了多種離子在二維層間的尺寸限域篩分機(jī)理，不但為先進(jìn)二維膜材料的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑提供了新思路，也為復(fù)雜體系中相似物質(zhì)之間的高效分離提取提供了一種新技術(shù)，同時(shí)為鹽湖鹵水中鋰離子的分離提取開(kāi)辟了一條新路線。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)研究氧化石墨烯納米片在渦旋剪切力場(chǎng)中結(jié)構(gòu)組成的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，發(fā)展出一種更簡(jiǎn)單的渦旋力場(chǎng)拉伸堆積成膜策略，制備出高選擇性、低能耗的超平層間結(jié)構(gòu)的渦旋氧化石墨烯膜，實(shí)現(xiàn)了青海茶卡鹽湖中鋰、鉀、鎂等離子的選擇性高效分離。