铁-单宁酸配位反相界面聚合法构建新型聚酰胺纳滤膜实现高效镁锂分离

针对盐湖卤水中高Mg2+/Li+质量比导致的锂提取难题，中国科学院研究人员通过Fe3+/TA-TMC-PEI复合纳滤膜设计，结合铁-单宁酸(Fe3+/TA)配位层与反相界面聚合(RIP)技术，成功实现12.02的稳定分离因子，为高镁锂比盐湖资源开发提供新策略。

　　

在全球能源结构转型与碳中和目标驱动下，锂资源作为新能源产业的核心战略物资需求激增。盐湖卤水虽占全球锂储量的60%以上，但中国盐湖普遍存在Mg²⁺/Li⁺质量比超高（>1000）的难题。由于Mg²⁺（水合直径0.86 nm）与Li⁺（0.76 nm）的相似水合半径，传统分离技术效率低下。纳滤膜技术虽具环保优势，但现有膜材料对高镁锂比体系的分离选择性不足，成为制约盐湖锂资源开发的瓶颈。

针对这一挑战，中国科学院过程工程研究所团队在《Chinese Journal of Chemical Engineering》发表研究，创新性地将铁-单宁酸(Fe³⁺/TA)配位化学与反相界面聚合(RIP)技术耦合，构建了具有高交联度、表面正电荷和小孔径特性的Fe³⁺/TA-TMC-PEI复合纳滤膜。研究采用三步关键工艺：首先在聚醚砜(PES)支撑膜上通过Fe³⁺介导快速组装TA分离层；随后通过均苯三甲酰氯(TMC)与聚醚酰亚胺(PEI)的反相界面聚合形成聚酰胺层；最后系统优化了Fe³⁺浓度(0.3%)、TA含量(0.9%)和PEI溶液(2 g·L^?1)等关键参数。

结构表征与性能研究
傅里叶变换红外光谱(FT-IR)证实膜表面成功引入酚羟基(3400 cm^?1)和羰基(1711 cm^?1)特征峰，X射线光电子能谱(XPS)显示Fe³⁺/TA层使膜表面zeta电位达+18.6 mV。通过聚乙二醇(PEG)截留实验测得膜平均孔径从2.1 nm降至1.4 nm，水接触角降低32°，显著提升亲水性。

分离性能验证
在单一盐溶液测试中，膜对Mg²⁺截留率(98.7%)显著高于Li⁺(23.5%)，体现强Donnan排斥效应。当模拟卤水中Mg²⁺/Li⁺质量比达120时，仍保持12.02的稳定分离因子(S_Li⁺_,Mg²⁺)，较传统RIP膜提升30%。三级纳滤系统测试显示，该膜可将原始卤水Mg²⁺/Li⁺比从12.22降至0.28，锂回收率达81.4%。

该研究通过分子尺度设计实现了"孔径筛分-电荷排斥"协同机制：Fe³⁺/TA配位层缩小膜孔径增强尺寸排阻效应，而聚酰胺层的季铵基团产生强正电场选择性排斥Mg²⁺。这种改性策略不仅为高镁锂比盐湖提锂提供了可行方案，其"金属-多酚配位+RIP"的复合膜构建思路对开发其他离子选择性分离膜具有普适性启示。研究团队特别指出，该膜材料在120小时连续测试中性能衰减<5%，展现出良好的工程化应用前景，有望推动中国盐湖锂资源的高效低碳开发。