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研究背景

鋰（Li）是清潔能源轉型中的關鍵元素，因其在鋰離子電池中的重要作用而成為了研究熱點。隨著全球對低碳社會轉型的推動，鋰的需求不斷上升，預計到2050年其生產將增長18到20倍。然而，傳統的鋰提取方法主要依賴于硬巖礦和鹽湖鹵水，硬巖采礦雖然能快速提取鋰，但其對環境的負面影響及高能耗問題日益嚴重。同時，鹽湖鹵水中的高鹽度、復雜成分和對鎂（Mg2?）的選擇性差，使得鋰的提取過程效率低下，成為當前提取鋰的重要挑戰。

成果簡介

為了解決這些問題，澳大利亞蒙納士大學化學與生物工程系王煥庭院士、澳大利亞昆士蘭大學化學工程學院張西旺院士團隊、澳大利亞蒙納士大學/蘇州工業園區蒙納士科學技術研究院李之考博士、上海寶武集團環境資源科技有限公司李恩超博士攜手提出了直接鋰提取（DLE）技術，其中包括采用乙二胺四乙酸（EDTA）輔助的松散納濾（EALNF）方法。

這一創新工藝利用EDTA??與鎂離子之間的選擇性結合，實現了超高的鎂離子拒絕率（99.85%）和超快的鋰離子通量（約4.34?mol?m?2?h?1），并在工業條件下實現了前所未有的鋰/鎂分離因子（約679）。經過兩階段過濾，該過程的鋰回收率高達89.90%，同時將鎂離子廢物轉化為納米結構Mg(OH)?，98.87%的EDTA??可以再生。

以上成果在Nature Sustainability期刊上發表了題為“Sustainable lithium extraction and magnesium hydroxide co-production from salt-lake brines”的最新論文。此研究不僅優化了鋰的提取過程，還最大化了資源的利用，顯示出在推動向更可持續未來轉型方面的巨大潛力。

研究亮點

（1）本實驗首次采用松散納濾（EALNF）結合乙二胺四乙酸（EDTA）技術，成功實現了從高鹽度鹽湖鹵水中高效直接提取鋰離子（Li?）和有效利用鎂離子（Mg2?）。該過程展示了在工業條件下對鋰和鎂的高選擇性。

（2）實驗通過利用EDTA??與Mg2?之間的選擇性結合，達到了99.85%的鎂離子拒絕率，顯著提高了鋰離子的通量，約為4.34 mol m?2 h?1。同時，鋰/鎂的分離因子達到了679，表現出優異的分離能力。

（3）在兩階段過濾過程中，鋰的回收率高達89.90%，并且鎂離子廢物轉化為納米結構Mg(OH)?，有效減少了環境影響。此外，98.87%的EDTA??可以再生，確保了資源的循環利用。這一可擴展的過程不僅最大化了資源的利用，還為推動可持續未來提供了新的技術方案。

圖文導讀

圖1: 不同鋰提取工藝對比：蒸發沉淀法與EALNF法。

圖2: 二元陽離子鹵水的選擇性結合與過濾。

圖3: 鹽湖鹵水的過濾。

圖4: 鹵水資源綜合利用及技術經濟分析。

結論展望

EALNF策略提供了一種可持續高效的鋰離子（Li?）提取及鎂離子（Mg2?）回收方法，適用于復雜的高鹽度鹵水。該過程利用EDTA??與Mg2?之間的選擇性結合，放大了鎂離子與鋰離子之間的物理化學差異，使其在各種鹵水條件下有效分離。

該方法在工業條件下實現了顯著的鋰離子通量和鋰/鎂分離因子，優于以往的納濾研究，將鋰離子的提取時間從幾年縮短至幾周。此外，EALNF過程幾乎回收了所有的鋰離子，并從富含[Mg-EDTA]2?的濃縮液中生成高價值的納米結構Mg(OH)?副產品，同時實現EDTA??的高效再生，并減少試劑消耗。此外，這一創新技術通過大幅減少淡水消耗，提供了對鹽湖地區淡水短缺的可持續解決方案。

因此，EALNF過程代表了鋰提取的根本轉變，為解決鋰供應短缺和鹽湖鹵水中大量鎂廢物的關鍵挑戰提供了一種簡單、靈活且環保的解決方案，并在工藝導向思維上實現了重大進展，為可持續資源回收和循環鋰經濟鋪平了道路。

文獻信息

Yong, M., Tang, M., Sun, L. et al. Sustainable lithium extraction and magnesium hydroxide co-production from salt-lake brines. Nat Sustain (2024).

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