锂作为全球能源转型中的关键金属，广泛应用于电动汽车电池和可再生能源储能系统。为保证锂资源供应，从盐湖卤水和废旧锂离子电池中提取锂成为有效的途径之一。膜分离技术因其高效、环保等优点备受关注，然而现有分离膜面临锂离子选择性差的瓶颈问题，严重制约了其在锂离子选择性分离领域的广泛应用。
近日，青岛能源所太阳能光电转化与利用全国重点实验室江河清研究员带领的功能膜与氢能技术研究中心利用冠醚对锂离子的识别作用，开发出具有锂离子选择性的复合膜。通过调控冠醚在膜内的分布状态以及复合膜的微结构，提高了复合膜的Li+/Mg2+分离性能。研究结果表明，所开发的复合膜对LiCl的截留率达到33.3%，而对MgCl2的截留率高达94.8%；此外，将复合膜应用于镁锂比为20的模拟盐湖卤水分离，Li+/Mg2+分离因子高达16.6（如图1a所示）。相关研究成果发表在国际期刊Desalination上（DOI: 10.1016/j.desal.2024.118121）。
此外，研究团队利用金属离子选择性配位的特性，设计了金属配位耦合电渗析系统，解决了废旧离子电池中锂、钴、镍金属离子一步分离的难题。该系统通过在原料液中加入配体，并调节配体的种类和浓度，使Co2+选择性地与配体配位形成阴离子配合物。在电场作用下，阴离子配合物向阳极扩散，通过自制的聚合物包覆膜进入腔室S1，Li+则向阴极扩散，通过单价阳离子交换膜进入腔室S2，未配位的Ni2+则留在进料溶液中，从而实现了锂、钴、镍三种金属离子的一步分离（如图1b所示）。该研究成果已发表在Chemical Engineering Journal上（DOI: 10.1016/j.cej.2024.150882）。
图1. 青岛能源所开发锂离子选择性复合膜及金属配位耦合电渗透技术
高锂离子选择性复合膜以及新型膜分离技术的开发，有望实现从盐湖、海水及废旧锂离子电池中高效回收锂，为解决锂资源紧缺问题提供有效的技术支持。上述研究工作获得了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者等项目的支持。（文/图 宋向菊）
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150882
https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.118121
1. L. Chen, W. Liang, Y. Zhang, B. Wang, X. Song*, H. Abdel-Ghafar, L. Zhang*,H. Jiang*,Metal coordination combining with electrodialysis for one-step separation of valuable metals from spent lithium-ion batteries, Chem. Eng. J., 2024, 488, 150882.
2. L. Zheng, X. Song*, J. Liu, H. Jiang*, A. Toghan, Crown ether regulated nanocomposite membrane with lithium channels for highly selective Li+/Mg2+ separation, Desalination, 2024, 592, 118121.
3. 一种金属配位耦合太阳能驱动电渗析同步分离多金属的方法及装置，中国，发明专利，申请号：2023114655205.
4. 一种锂离子选择性分离的复合膜及其制备方法和应用，中国，发明专利，申请号：2024102769553.
时间：2024年10月31日
