pH调节剂调控层状双氢氧化物(LDHs)吸附剂从卤水中高效提取锂离子的结构-性能关系研究

针对铝基锂吸附剂(Al-LDHs)在真实卤水中吸附容量低、结构稳定性差的问题，研究人员通过HCl、H2SO4等pH调节剂调控层间阴离子插层行为，发现SO42?插层可使吸附量达7.2 mg/g且循环保持率>90%，揭示了高电荷阴离子通过静电作用增强AlO6八面体连接稳定结构的机制，为盐湖提锂技术提供新策略。

　　

随着全球碳中和战略推进，锂资源成为新能源产业的核心战略物资。然而陆地锂矿资源日益枯竭，而盐湖卤水虽储量丰富却面临高镁锂比（Mg²⁺/Li⁺）的提取难题。铝基层状双氢氧化物(LDHs)作为当前唯一实现工业化应用的吸附剂，其2 mg/g的低吸附容量和结构易崩塌问题严重制约着实际应用。传统阴离子插层策略虽能改善性能，但存在工艺复杂、成本高昂等缺陷。

四川省级科技计划项目支持的研究团队在《Desalination》发表研究，系统探究了HCl、H₂SO₄等pH调节剂对LDHs结构性能的调控机制。通过同步实现pH调控与阴离子插层，发现SO₄^2?插层样品在真实卤水中展现7.2 mg/g吸附量及90%循环保持率，显著优于PO₄^3?（4.4 mg/g）等体系。

研究采用共沉淀法制备LDHs@X（X=Cl_II^?/SO₄^2?/NO₃^?/PO₄^3?）系列吸附剂，结合XRD、HR-TEM等表征手段，以西台吉乃尔盐湖卤水（成分见表S1）为实际测试体系。

材料表征
XRD显示SO₄^2?插层使层间距从0.76 nm（Cl^?体系）扩大至0.89 nm，但PO₄^3?因强静电作用导致结构畸变。

吸附性能
吸附容量序列为HCl（8.4 mg/g）>H₂SO₄（7.2 mg/g）≈HNO₃（7.2 mg/g）>H₃PO₄（4.4 mg/g），但硫酸体系在真实卤水中展现最优循环稳定性。

机理分析
高电荷阴离子通过增强[LiAl₂(OH)₆]⁺层间静电作用，使AlO₆八面体连接更紧密，从而抵抗高浓度杂质离子干扰。

该研究首次阐明pH调节剂通过"阴离子插层-结构强化"协同作用提升性能的机制，提出的"电荷密度-离子半径"选择准则为设计高效吸附剂提供理论依据。Zhangfa Yu、Chunxi Hai等作者指出，该成果对地热水、油气田水等复杂卤水的锂资源开发具有普适指导价值。