聚乙二醇藻酸钠协同调控锂铝层状双氢氧化物（LiAl·LDHs）颗粒的锂离子传输通道及其吸附性能提升机制

针对锂铝层状双氢氧化物（LiAl·LDHs）颗粒化后因疏水粘结剂导致吸附性能骤降的问题，研究人员通过引入富含?O和–COO基团的亲水性粘结剂藻酸钠（SA），成功构建了LiAl·LDHs/SA复合吸附剂。该材料比表面积提升至143.82?m2/g，亲水接触角降低至63°，吸附容量达8.55?mg/g，显著优于传统颗粒化吸附剂（5.13?mg/g），为低品位盐湖卤水锂资源高效提取提供了新策略。

　　

研究背景与意义

全球约66%的锂资源赋存于盐湖卤水中，但低锂浓度（如1400?mg/L）和高竞争离子（Na⁺、Mg²⁺等）环境使得提取技术面临严峻挑战。锂铝层状双氢氧化物（LiAl·LDHs）因其独特的[LiAl₂(OH)₆]⁺夹层结构和阴离子交换能力，成为目前唯一实际应用于盐湖提锂的吸附剂。然而，粉末状LiAl·LDHs需通过聚氯乙烯（PVC）等粘结剂颗粒化以适应工业吸附塔操作，但疏水性粘结剂会阻塞Li⁺传输通道，导致吸附容量从粉末态的14.5?mg/g骤降至5.13?mg/g。如何兼顾颗粒机械性能与Li⁺传输效率，成为实现低品位卤水锂资源化利用的关键瓶颈。

研究方法与技术路线

四川省科技厅资助项目团队提出“先复合后颗粒化”策略：首先通过共沉淀法将亲水性藻酸钠（SA）引入LiAl·LDHs层间，形成LiAl·LDHs/SA复合粉末；随后以PVC为骨架进行颗粒化。采用比表面积分析（BET）、接触角测试、吸附动力学实验等表征材料理化性质，并通过X射线衍射（XRD）和红外光谱（FT-IR）解析SA的嵌入机制。

研究结果与发现

1. 物理化学性质
SA的引入使复合材料比表面积从95.36提升至143.82?m²/g，亲水接触角由83°降至63°。XRD显示SA的–COO^?与[LiAl₂(OH)₆]⁺层通过氢键结合，形成Cl^-/–COO^?共存的夹层结构，FT-IR证实SA的羧基与层板羟基形成配位键。

2. 吸附性能突破
LiAl·LDHs/SA颗粒的吸附平衡时间从120分钟缩短至30分钟，对低锂浓度卤水（100?mg/L）的吸附容量达8.55?mg/g，颗粒化后仍保持8.21?mg/g，较传统PVC颗粒化吸附剂提升60%。SA构建的亲水网络显著促进了Li⁺的界面传质。

3. 机制解析
SA的–OH和–COO^?基团在[LiAl₂(OH)₆]⁺层间形成“离子高速公路”，通过配位交换反应加速Li⁺的嵌入/脱嵌。分子动力学模拟表明，SA的柔性链可动态调节层间距（0.76→1.24?nm），为Li⁺提供扩散通道。

结论与展望

该研究通过SA与LiAl·LDHs的分子级复合，首次实现了颗粒化吸附剂吸附性能的反常提升。Zhangfa Yu和Chunxi Hai团队发表在《Separation and Purification Technology》的成果表明：SA的“亲水修饰-结构调控”双功能协同机制，为破解粘结剂导致的传质壁垒提供了普适性方案，推动盐湖卤水提锂技术向低能耗、高效率方向迈进。未来研究可进一步探索SA与其他金属氧化物（如TiO₂）的复合效应，拓展其在海水提锂等极端环境中的应用。