突破“滲透性—選擇性”瓶頸 新型納濾膜實(shí)現(xiàn)鹽湖鎂鋰高效分離
文章來源：中化新網(wǎng) 更新時間：2025-09-29 15:17:33
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鋰是新能源汽車電池的核心原材料。我國鋰資源儲量豐富，其中約80%存在于鹽湖鹵水中。然而，鹽湖鹵水中的鎂和鋰離子性質(zhì)相近、共存一體，難以分離。傳統(tǒng)聚酰胺納濾膜長期受制于滲透性和選擇性難以兼顧的問題，在超高鹽環(huán)境下性能急劇下降。基于此，中國石油大學(xué)(華東)孫海翔教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊提出了一種新型的分級調(diào)控界面聚合策略，用來調(diào)控納濾膜的結(jié)構(gòu)，可高效分離高鎂鋰比鹽湖鹵水中的鎂離子和鋰離子。9月16日，中國化工報記者采訪了研究團(tuán)隊的核心成員——中國石油大學(xué)(華東)博士研究生陳宇昊。
傳統(tǒng)膜材遇瓶頸 鹽湖有鋰難尋 納濾膜是鹽湖提鋰常用的分離膜。然而，傳統(tǒng)聚酰胺納濾膜存在“滲透性—選擇性”的權(quán)衡效應(yīng)問題。“傳統(tǒng)納濾膜難以同時實(shí)現(xiàn)高水通量和高選擇性，這兩者就像是天平的兩端，要么水滲透快但提鋰不純，要么鋰提得純但水滲透得慢。”陳宇昊解釋道。 我國鹽湖鹵水通常具有較高的鎂鋰比和總鹽濃度。這種高鹽環(huán)境就像一面“放大鏡”，會徹底暴露這種權(quán)衡效應(yīng)所帶來的弊端，在這樣的環(huán)境下，用傳統(tǒng)納濾膜分離鎂離子和鋰離子需用大量淡水稀釋，不僅增加成本，在缺水地區(qū)更是難以實(shí)施。因此，業(yè)界迫切需要一種能夠在高鹽環(huán)境下同時實(shí)現(xiàn)高通量和高選擇性的分離膜技術(shù)。 從分子設(shè)計破題 創(chuàng)新界面聚合策略 孫海翔團(tuán)隊從化學(xué)反應(yīng)的底層邏輯出發(fā)，提出了一種創(chuàng)新的界面聚合策略，通過可逆烯胺反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對雙水相單體反應(yīng)行為的分階段控制，為精確調(diào)控膜結(jié)構(gòu)、提高分離性能提供了全新途徑。 用于制備納濾膜的傳統(tǒng)界面聚合策略通常只會使用一種水相單體，這種方法雖然成熟，但形成的膜結(jié)構(gòu)由其單一單體的分子結(jié)構(gòu)所決定，其性能存在一個天花板上限，這使得它們難以滿足某些特定領(lǐng)域分離的需求。該技術(shù)正是打破了“單一水相單體”的這個傳統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對“雙水相單體”反應(yīng)過程的精密控制。這就好比在建造一堵精確控制的“分子篩”墻時，不是一次性把所有磚塊都倒進(jìn)去，而是通過巧妙的工程設(shè)計，讓不同大小、功能的磚塊按照預(yù)設(shè)順序自動到位，各司其職，最終構(gòu)筑起結(jié)構(gòu)精密的分離層。 “該策略也意味著未來的科研人員可以不再局限于單一單體的固有特性，而是像‘搭樂高’一樣，可以自由地將多種功能各異的單體按照預(yù)設(shè)的順序和結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，從而制造面向不同應(yīng)用場景的膜材料。”陳宇昊說。針對高鎂鋰比鹽湖鹵水提鋰?yán)Ь硨ｉT設(shè)計的新型納濾膜就是該策略應(yīng)用途徑之一。 保障鋰資源安全 應(yīng)用前景廣闊 該技術(shù)為保障國家鋰資源安全，特別是當(dāng)前以新能源汽車為代表的鋰產(chǎn)業(yè)鏈安全帶來了希望。陳宇昊指出：“用這項(xiàng)技術(shù)制備的納濾膜可以在極高的鹽濃度下運(yùn)行，使開發(fā)特高鎂鋰比鹽湖資源成為可能。”在實(shí)際應(yīng)用方面，新型納濾膜的高滲透性與選擇性意味著能耗顯著降低，其單位設(shè)備處理能力更強(qiáng)，減少了設(shè)備占地面積和初始投資，也減輕了前期預(yù)處理和后續(xù)純化工藝的負(fù)擔(dān)，縮短整體工藝流程，進(jìn)一步節(jié)省投資和運(yùn)行成本。 “回顧整個研究過程，最大的驚喜其實(shí)在于實(shí)驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果之間那種不可預(yù)測的奇妙關(guān)系。我們之前設(shè)計過很多方案，但結(jié)果往往不會完全按預(yù)想的路徑發(fā)展。”陳宇昊分享道，“這一次，我們想到用‘醛’來精確調(diào)控兩種不同胺單體的反應(yīng)行為。說實(shí)話，最開始并沒有十足把握，但令人振奮的是，實(shí)驗(yàn)取得了預(yù)期結(jié)果，反應(yīng)過程如我們設(shè)想的那樣分步進(jìn)行、有序可控。”這個階段性勝利給了團(tuán)隊極大信心，促使他們不斷深入探索、優(yōu)化條件，最終取得了突破性進(jìn)展。 目前，這項(xiàng)技術(shù)正處于從實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)業(yè)化過渡的關(guān)鍵階段。基于該技術(shù)，研究團(tuán)隊已成功制備出一款新型納濾膜，能夠高效脫除高鹽溶液中的二價陽離子。這些離子容易造成設(shè)備結(jié)垢，是很多工業(yè)水處理中的痛點(diǎn)。團(tuán)隊已與中國海油等企業(yè)開展合作，有望將該款納濾膜應(yīng)用在油田注水精細(xì)處理等相關(guān)領(lǐng)域，助力國內(nèi)油氣田增儲上產(chǎn)。 |
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