Pickering乳液限域TBP萃取剂实现盐湖卤水中锂的高效选择性提取

针对传统溶剂萃取技术中萃取剂溶解和效率低下的问题，研究人员开发了以两亲性SiO2纳米颗粒稳定的水包油(O/W)型Pickering乳液，将磷酸三丁酯(TBP)限域在油相中用于盐湖卤水提锂。该乳液通过SiO2颗粒间隙形成的Li+传输通道和界面电场效应，实现91.7%的锂回收率和101.9的Li-Mg分离因子(βMg)，质量转移速率(k)达4.57×10-8 m/s，为可持续锂供应提供了创新解决方案。

　　

在全球能源转型和碳中和背景下，锂作为高能量密度电池的核心材料，其需求预计将在2050年达到160.7万吨。然而，当前从高镁锂比盐湖卤水中提锂面临巨大挑战——传统磷酸三丁酯(TBP)-FeCl₃溶剂萃取体系存在萃取剂溶解、界面不稳定和传质效率低等问题，亟需开发新型高效提取技术。针对这一关键问题，来自中国的研究团队在《Nature Communications》发表创新成果，通过构建Pickering乳液限域萃取系统，实现了锂离子的高效选择性提取。

研究人员采用两亲性SiO₂纳米颗粒(10nm)稳定水包油乳液，将TBP限域在磺化煤油油相中。通过伪三元相图优化乳液组成，结合冷冻电镜和共聚焦显微镜表征界面结构，采用动力学模型计算传质速率，并利用分子动力学模拟揭示传输机制。实验选用模拟盐湖卤水([Li⁺]=2g/L，Mg/Li质量比=40)和实际卤水作为测试体系。

乳液构建与稳定性机制

通过优化获得O/W型Pickering乳液，油水相比1:2，SiO₂添加量0.15g，搅拌速度12,000rpm。荧光显微成像显示乳液滴平均直径17.6μm，冷冻电镜观察到SiO₂颗粒在界面形成6nm间隙。接触角测定(98.3°)和界面张力分析(9.92mN/m)表明，SiO₂颗粒的脱附能高达663kT，赋予乳液168小时以上的稳定性。

高效锂提取性能

相比传统TBP体系(单级提取率32.1%)，Pickering乳液在2分钟内实现50.6%的Li⁺提取率，对0.1-0.5g/L低浓度Li⁺仍有效。动力学分析显示其传质速率(k=4.57×10^-8 m/s)提高6倍，三级萃取后回收率达91.7%，Li-Mg分离因子β_Mg=101.9。实际盐湖卤水(Mg/Li>200)中Li⁺提取率近70%，且TBP在循环8次后仍无溶出。

2颗粒在油水界面的吸附示意图；(b)不同SiO₂添加量下的界面张力变化'>

传输机制解析

分子动力学模拟表明，Li⁺主要通过SiO₂颗粒间隙传输。界面正电场(ζ电位=15.73mV)通过两种机制增强选择性：(1)优先促进Li⁺脱水(水合能Li⁺:-515kJ/mol vs Mg²⁺:-1921kJ/mol)；(2)加速LiFeCl₄·2TBP复合物形成。氨基修饰SiO₂验证了电场强度与提取效率的正相关性。

+浓度对提取效率的影响；(b)Mg/Li质量比对选择性的影响'>

该研究创新性地将Pickering乳液与溶剂萃取结合，通过纳米限域和界面电场协同效应，解决了传统技术中萃取剂损失和效率低下的核心问题。相比膜分离和吸附法，该系统兼具高选择性(β_Mg>100)和快速传质优势，且无需持续机械搅拌。研究提出的"间隙传输-界面脱水"机制为设计新型离子分离系统提供了理论指导，不仅适用于盐湖提锂，还可拓展至海水提锂和废旧电池回收领域，对保障锂资源可持续供应具有重要战略意义。