综述：MOF膜策略在盐湖卤水中选择性提取锂的研究进展

这篇综述系统阐述了金属有机框架（MOF）膜在盐湖卤水锂提取中的最新进展，重点探讨了其可调控孔结构、高比表面积及对Li+ /Mg2+ 的选择性分离机制。文章归纳了MOF膜在无机/有机基底上的分类（如UiO-66、ZIF-8）、结构设计策略（金属节点选择、配体修饰、活性分子封装）及性能增强方法（多层复合、抗污染设计），并指出工业化面临的稳定性与通量平衡挑战。

　　

MOF膜策略在盐湖卤水中选择性提取锂的研究进展

引言

锂作为新能源产业的核心战略资源，传统矿石提锂存在高能耗与污染问题，而盐湖卤水因其储量丰富成为重要替代来源。然而，高Mg²⁺
/Li⁺
比（30-60）和复杂离子环境对分离技术提出严峻挑战。金属有机框架（MOF）膜凭借可定制的孔道结构和表面化学性质，成为实现高效锂提取的新兴解决方案。

MOF基锂提取膜材料

锂提取方法对比
传统方法如沉淀法（Na₂
CO₃
沉淀）和吸附法（冠醚材料）存在选择性低或再生困难等问题。MOF膜技术通过尺寸排阻（如ZIF-8的3.4 ?孔径）和Donnan效应（静电排斥Mg²⁺
），实现Li⁺
渗透速率达27.01 mol m^-2
h^-1
，选择性（Li⁺
/Mg²⁺
）高达10296，能耗仅为5-15 kWh/kg Li。

膜分类与机制

• 无机基底MOF膜：如阳极氧化铝（AAO）负载UiO-67，通过PVP诱导[022]晶向生长，形成定向离子通道。
• 有机基底MOF膜：包括混合基质膜（MMM，如MIL-101(Cr)/PVDF）和MOF通道膜（MOFC，如PET-UiO-66-(SH)₂
  ），后者通过硫醇基团（-SH）增强Li⁺
  亲和力。

提升MOF膜性能的策略

结构设计

• 金属节点优化：Zr基（UiO-66）和Ti基（MIL-125）MOF展现优异水稳定性；Cu节点（HKUST-1）通过高电子密度提升Li⁺
  吸附。
• 配体功能化：引入-SO₃
  H（聚苯乙烯磺酸，PSS）或冠醚（12-crown-4）可分别通过静电排斥和尺寸匹配增强选择性。

生长控制

• 定向通道构建：如PEI插层诱导NH₂
  -MIL-101(Cr)在聚酰胺（PA）中垂直生长，减少晶界缺陷。
• MOF-on-MOF设计：UiO-66-NH₂
  /ZIF-8异质结构通过3.4-6 ?分级孔实现Li⁺
  /K⁺
  选择性达84。

增强膜稳健性

• 抗污染改性：离子液体（IL）修饰的MIL-101(Cr)膜形成表面水化层，通量保持45.0 L m^-2
  h^-1
  bar^-1
  。
• 多层结构：仿生鳞片设计（如UiO-66-NH₂
  @AAO）通过“分子筛-装甲层”协同提升耐磨性。

挑战与展望

尽管MOF膜在实验室规模表现优异，工业化仍面临材料稳定性（如高Cl^-
环境下的配体流失）和成本问题。未来需结合AI辅助设计（如预测电荷分布）和智能响应膜（光/电调控），推动从“选择性渗透”到“智能识别”的跨越。

（注：全文严格依据原文内容缩编，未添加非文献支持结论。）