热渗透膜蒸馏-结晶技术强化锂卤水脱水及可持续海水淡化浓盐水资源化研究

针对传统锂提取工艺耗时长、水资源浪费及海水淡化浓盐水(SWRO brine)环境威胁等问题，研究人员创新性开发了热渗透膜蒸馏-结晶(T-OMD-Cr)集成技术。该研究利用SWRO brine作为汽提剂，在60°C下实现4.3 kg·m?2·h?1的水通量，较传统膜蒸馏(MD)提升27%，成功实现选择性石盐(NaCl)结晶并验证了PHREEQC模型预测。该技术为锂资源绿色提取和浓盐水循环管理提供了双赢解决方案。

　　

随着全球能源转型加速，锂(Li)作为关键原材料需求激增，目前约50%产量来自高盐卤水。传统太阳能蒸发池法存在蒸发周期长(1-2年)、水资源损失严重(90%蒸发)及土地占用大等问题，同时全球海水反渗透(SWRO)淡化产生的浓盐水排放对海洋生态构成威胁。智利阿塔卡马沙漠作为全球主要锂产区，其采矿活动与SWRO淡化厂的协同管理成为可持续发展的重要课题。

针对上述问题，国际研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表研究，提出热渗透膜蒸馏-结晶(Thermo-Osmotic Membrane Distillation-Crystallization, T-OMD-Cr)创新工艺。该技术通过将SWRO浓盐水作为汽提剂循环利用，同步实现锂卤水高效浓缩和浓盐水减量化，为资源回收与环境治理提供集成解决方案。

研究采用合成阿塔卡马卤水和SWRO浓盐水模拟体系，通过PHREEQC热力学建模预测盐类结晶行为，采用中空纤维聚丙烯(PP)膜组件(孔径0.2μm)构建直接接触式膜蒸馏系统。关键实验技术包括：1) 多离子溶液配制模拟真实卤水组成；2) 变温(40-60°C)条件下跨膜通量测定；3) 光学显微镜与X射线衍射(XRD)表征晶体形态；4) 经典成核理论(CNT)分析结晶动力学。

3.1 热渗透膜蒸馏-结晶测试
研究证实60°C是获得有效过饱和的必要条件，使用SWRO浓盐水时水通量达4.08 kg·m^?2·h^?1，较蒸馏水提升27%。热力学模拟显示驱动压差(Δp_w)随卤水摩尔浓度升高而降低，但SWRO浓盐水通过降低馏出侧水活度(a_w)维持了有效传质。能量分析表明比热耗(STEC)降至686 kWh·m^?3，产出比(GOR)提升至0.96。

3.2 NaCl结晶动力学与晶体表征
PHREEQC模拟预测卤水浓缩因子(CF)>1.7时石盐(SI>1)优先析出，实验获得立方体形NaCl晶体(纯度>80%)，含少量KCl和KMgCl₃·6H₂O杂质。SWRO浓盐水组因更高过饱和度(S=1.28)产生更多晶核(1.20×10¹⁰ #·m^?3·s^?1)，晶体平均尺寸58.5μm且分布均匀(CV≈55%)，生长速率2.12×10^?8 m·s^?1符合经典结晶理论。

该研究通过热-渗透协同效应创新性地解决了高盐卤水处理中驱动力不足的核心问题。T-OMD-Cr技术具有三重价值：1) 将锂卤水预浓缩时间从年尺度缩短至小时级；2) 通过SWRO浓盐水回用实现"以废治废"；3) 结晶产物可作为工业盐资源。研究为南美"锂三角"地区的矿业-淡化产业协同发展提供了关键技术支撑，其模块化设计特别适合分布式部署。未来研究可进一步优化膜材料抗污染性能，并探索锂的选择性提取步骤与结晶工艺的耦合。