锂/铝层状双氢氧化物（Li/Al-LDH）从卤水中直接提取锂的实验与反应输运模型研究

本文创新性地采用锂/铝层状双氢氧化物（Li/Al-LDH）吸附剂，通过实验与计算流体动力学（CFD）模型结合，实现了卤水中Li+的高选择性回收（Li+/Mg2+分离因子达143.47），为可持续锂资源开发提供了吸附动力学与反应输运（Darcy-Brinkman-Stokes方程）的集成优化方案。

　　

Highlight

本研究通过实验与反应输运建模，揭示了锂/铝层状双氢氧化物（Li/Al-LDH）从合成卤水中高效提取锂的机制，其创新性体现在：

1. 突破性选择性：Li/Al-LDH对Li⁺的吸附能力达18.5 mg/g（45°C），且Li⁺/Mg²⁺分离因子创143.47纪录；

2. 首创模型：首次将伪二级动力学（pseudo-second-order kinetics）嵌入CFD框架，耦合对流-扩散与达西-布林克曼-斯托克斯（DBS）方程，精准预测吸附过程；

3. 工业潜力：材料循环稳定性优异，成本低于锰基（LMO）和钛基（LTO）离子筛，为大规模卤水提锂提供新范式。

Experimental methods

实验方法

1. 吸附剂合成：通过共沉淀法合成Li/Al-LDH，经SEM（扫描电镜）、XRD（X射线衍射）等表征确认其层状结构；

2. 柱色谱实验：在4-6 bar压力下驱动卤水流经吸附柱，实时监测Li⁺浓度变化；

3. 动力学建模：采用伪二级动力学方程拟合数据，推导吸附速率常数与容量。

Adsorption capacity calculation

吸附容量计算

关键公式：

• 实时容量：q_t = (C_o?C_t)/m × V

• 伪二级动力学：t/q_t = 1/(r·q_e²) + t/q_e

  （q_e为平衡容量，r为吸附速率）

Characterization of Li/Al-LDH

Li/Al-LDH表征

SEM显示材料呈典型片层堆叠结构（图3），BET测得高比表面积（42 m²/g），FTIR证实-OH基团参与Li⁺配位，TGA显示热稳定性达300°C。

Conclusion

结论

Li/Al-LDH凭借卓越选择性和模型可预测性，成为卤水提锂的优选吸附剂，其CFD-DBS耦合模型为工业放大设计提供理论工具。

（注：翻译部分已省略文献引用标识，保留专业术语缩写与上/下标格式，如Mg²⁺、q_t等）