苯并-12-冠-4接枝聚甲基丙烯酸酯树脂对Na+ /Li+ 的选择性吸附分离研究及其在高纯锂盐纯化中的应用

为解决高纯锂盐中钠杂质去除难题，研究人员开发了苯并-12-冠-4接枝聚甲基丙烯酸酯树脂（PMA-B12C4），通过实验与计算模拟证实其对Na+ 的选择性吸附能力（40.05 mg/g）显著高于Li+ （21.71 mg/g），选择性系数达1.3-1.4。该研究为锂电材料等高端技术领域的钠杂质去除提供了新型吸附剂方案。

　　

在全球能源转型与绿色技术发展的背景下，高纯度锂化合物成为锂电池、核反应堆等高端技术领域的关键材料。然而，锂资源提取过程中难以避免钠离子杂质的混入，传统液-液萃取法存在有机溶剂污染、效率低下等问题。针对这一挑战，来自中国的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表研究，通过将苯并-12-冠-4（B12C4）接枝至聚甲基丙烯酸酯树脂（PMA），开发出新型固体吸附剂PMA-B12C4，实现了水溶液中Na⁺
/Li⁺
的高效选择性分离。

研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、元素分析（CHNS）和热重分析（TGA）表征材料，结合批量吸附实验与密度泛函理论（DFT）、分子动力学（MD）模拟，系统评估了pH、温度等因素对吸附性能的影响。

Materials and reagents
选用Indion 652H型PMA树脂为基质，通过DCC/DMAP催化将B12C4共价接枝，制备过程避免有机溶剂使用。

DFT calculations
B3LYP/TZVP计算显示Na⁺
与B12C4空腔（1.20-1.50 ?）的尺寸匹配度优于Li⁺
，结合能差异达-238.21 vs -221.70 kJ/mol，印证实验选择性。

Adsorbent preparation and characterization
FTIR证实1716 cm^-1
处酯键形成，TGA显示接枝后热稳定性提升至300°C，元素分析测得C/H/N含量变化验证成功修饰。

Conclusions
PMA-B12C4在pH 11时对Na⁺
/Li⁺
的吸附量分别为40.05 mg/g和21.71 mg/g，符合Langmuir模型（R²

0.99），动力学遵循准二级模型。MD模拟揭示Na⁺
与冠醚氧原子的配位键更稳定，AIMD证实其动态选择性。该材料可显著提升锂盐纯化效率，为绿色分离技术提供新思路。

这项研究通过"接枝修饰-实验验证-计算模拟"三位一体的策略，不仅解决了钠杂质去除的行业痛点，更开创了冠醚固载化材料设计的新范式。作者A.K. Singha Deb和Sk.Musharaf Ali强调，PMA-B12C4的工业化应用将降低锂电池等高端产品的生产成本，助力可持续发展目标实现。