协同Na+/S2?双离子掺杂提升Li1.6Mn1.6O4型吸附剂锂提取动力学性能

针对Li1.6Mn1.6O4型吸附剂在HCl洗脱中锰溶解率高、动力学慢的瓶颈，四川科研团队创新提出Na+/S2?协同掺杂策略。通过Na+稳定尖晶石结构、S2?提升电荷密度，实现锰溶解率<2%、锂吸附量39.6 mg g?1，单次提锂效率达99.5%。该研究为高镁锂比盐湖卤水提锂提供了新方案。

　　

论文解读

背景与挑战
全球约65%的锂资源赋存于盐湖和油气田卤水中，随着新能源产业爆发式增长，高效提取这些低品位资源成为关键。Li_1.6Mn_1.6O₄型尖晶石吸附剂虽具备72.3 mg g^?1的理论容量和优异选择性，却因Mn³⁺的Jahn-Teller效应（晶体场理论中的几何畸变现象）引发结构畸变，导致HCl洗脱时锰溶解率高达5.4%，且吸附动力学缓慢。传统单元素掺杂虽能部分缓解问题，但难以兼顾结构稳定性和动力学提升。

研究设计与方法
四川科研团队首次采用Na₂S协同掺杂策略，通过水热-煅烧法制备Li_1.6Mn_1.6O₄-x% Na₂S（x=0-10）系列材料。利用原位XRD追踪结构演变，结合XPS分析价态变化，通过BET测试比表面积，并在300 ppm LiOH溶液和实际油气田卤水（100 ppm Li⁺）中评估性能。

关键结果

1. 结构稳定性提升
   Na⁺通过占据四面体位点形成强Na-O键，抑制Mn³⁺歧化反应（2Mn³⁺→Mn²⁺+Mn⁴⁺），使锰溶解率从5.4%降至1.8%；S^2?掺杂则通过增强32e位点电荷密度，将吸附平衡时间从30 h缩短至8 h。

2. 吸附性能突破
   1% Na₂S掺杂样品在300 ppm LiOH中实现39.6 mg g^?1吸附量，较未掺杂材料提升52%。实际卤水单次提锂效率达99.5%，远超传统Al³⁺/F^?共掺杂体系（33.7 mg g^?1）。

3. 机制创新
   首次揭示Na⁺浓度与Li⁺选择性的非线性关系：适量Na⁺（<1%）通过电荷补偿提高Mn平均价态，过量则引发晶格畸变。

结论与意义
该研究通过"阳离子锚定骨架+阴离子优化界面"的协同机制，为锰基吸附剂设计提供了新范式。发表于《Desalination》的成果不仅解决了工业应用中锰溶解与动力学不可兼得的矛盾，更为从高镁锂比（Mg²⁺/Li⁺>50）卤水中提锂提供了可行方案，推动盐湖锂资源开发向低成本、可持续方向迈进。