三维强交联Li1?xMn2O4/C/SA-c-PEO@GF电极在高镁锂比盐湖卤水中的高效锂提取研究

针对盐湖卤水锂提取中存在的低回收率、慢吸附动力学及有机溶剂污染等问题，研究人员开发了基于电化学离子交换（ESIX）系统的三维LiMn2O4/C/SA-c-PEO@GF电极。该电极采用海藻酸钠（SA）和聚环氧乙烷（PEO）化学交联，在恒流-恒压耦合驱动模式下实现97%的锂提取效率，Li+/Mg2+分离系数达191，为高镁锂比卤水提锂提供了绿色高效的解决方案。

　　

论文解读

背景与挑战

随着新能源汽车和储能产业的爆发式增长，全球锂资源需求呈指数级上升。然而，中国78%的盐湖卤水存在镁锂比超高（如扎布耶盐湖Mg²⁺/Li⁺≈426.6）的难题。由于锂（Li⁺）和镁（Mg²⁺）在溶液中的离子半径和化学性质高度相似，传统沉淀法、溶剂萃取等技术面临选择性差、能耗高、环境污染等瓶颈。尽管电化学离子交换（ESIX）技术因其操作简便和环境友好性备受关注，但现有电极材料仍受限于导电性差、界面传质阻力大等问题。

研究设计与技术方法

山西煤化所等团队创新性地将海藻酸钠（SA）与聚环氧乙烷（PEO）化学交联作为复合粘结剂，构建了三维多孔石墨毡（GF）负载的LiMn₂O₄/C/SA-c-PEO@GF电极。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实了SA与PEO的酯键交联，结合恒流-恒压耦合驱动模式，系统评估了电极在实际卤水中的吸附动力学和选择性。

研究结果

1. 电极结构与性能表征
FTIR显示SA-c-PEO复合粘结剂的羟基峰（3425.13 cm^?1）相较于单一组分发生红移，证实了氢键网络的形成。电极的孔隙率达92%，比表面积达25.8 m²·g^?1，为Li⁺提供了快速传输通道。

2. 锂提取效能
在扎布耶盐湖卤水中，电极的锂吸附容量达3.89 mg·g^?1，Li⁺/Mg²⁺分离系数高达191，远超传统吸附材料。恒流-恒压模式下，单次浓缩即可获得485 mg·L^?1的富锂溶液，能耗仅14.51 Wh·mol^?1。

3. 机制分析
SA的羧酸钠（-COONa）与PEO的醚氧键（-O-）协同降低了界面阻抗，而GF的三维结构加速了卤水湍流，使Li⁺扩散系数提升至2.17×10^?10 cm²·s^?1。

结论与意义

该研究通过化学强交联策略构建的LiMn₂O₄/C/SA-c-PEO@GF电极，实现了高镁锂比卤水中锂的高效选择性提取。其97%的提取效率和191的分离系数为盐湖提锂提供了工业化应用潜力，同时14.51 Wh·mol^?1的低能耗符合绿色化学理念。相关成果发表于《Separation and Purification Technology》，为复杂组分资源分离提供了新材料设计范式。