螯合剂增强纳滤技术实现盐湖卤水中锂镁高效分离与资源化利用

为解决盐湖卤水锂镁分离效率低、资源浪费严重等问题，研究人员开发了螯合剂增强纳滤（CEN）工艺，通过HEDTA选择性络合Mg2+与纳滤膜协同作用，实现Li+/Mg2+分离因子达178.6，并同步回收电池级Li2CO3（纯度99.91%）及高附加值Mg(OH)2/MgO，为盐湖资源绿色开发提供新范式。

　　

在全球能源转型背景下，锂资源作为电池核心材料的战略地位日益凸显。盐湖卤水虽占全球锂储量的62.6%，但其高镁锂比（Mg²⁺/Li⁺可达2390:1）和复杂组分导致传统蒸发法存在能耗高、周期长、资源浪费等问题。尤其当Mg²⁺浓度远超Li⁺时，二者相似的水合离子半径（Li⁺: 3.8 ?，Mg²⁺: 4.2 ?）更使膜分离技术面临严峻挑战。现有研究多聚焦膜材料改性，却忽视工艺集成与多资源协同回收，制约了实际应用价值。

针对这一难题，Monash大学的Ming Yong团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，创新性提出螯合剂增强纳滤（CEN）工艺。该工作通过系统筛选螯合剂特性（结合强度、选择性、溶解度等），优选(2-羟乙基)乙二胺三乙酸（HEDTA）构建负电性[Mg-HEDTA]^?复合物，结合商用XN45纳滤膜（截留分子量305 Da）实现锂镁高效分离。关键技术包括：原子力显微镜（AFM）量化复合物-膜界面作用力、两段式纳滤工艺优化、以及基于OH^-调控的螯合剂再生与镁产品制备。

3.1 螯合剂筛选与性能验证

通过对比有机酸（TA/CA/GA）、聚合物（PEI-10000）和氨基多羧酸（EDTA^4?/HEDTA^3?），发现HEDTA^3?凭借适中结合常数（logK=7.0）和羟基取代带来的高溶解度（pKa=9.84），在pH 7-10条件下形成稳定[Mg-HEDTA]^?，使Mg²⁺截留率达99.43%，同时Li⁺渗透率保持72.4%。

3.2 工艺参数优化

确立HEDTA^3?/Mg²⁺摩尔比1.1:1为最佳配比，在40 bar操作压力下，膜通量达99.48 LMH（升/平方米·小时）。碱性条件（pH=10）通过增强膜表面负电荷，使Li⁺/Mg²⁺分离因子提升至168.96，且HEDTA自身碱性避免了外加pH调节剂。

3.3 膜-复合物相互作用机制

AFM力曲线揭示[Mg-HEDTA]^?与膜间存在0.49 nN静电斥力，即使盐度升至10.55 g/L，15天连续运行后膜污染可逆率仍>98%。这种抗污染特性源于复合物与膜同带负电，有效抑制沉积。

3.4 盐湖卤水实际应用

处理东台湖模拟卤水（盐度280.76 g/L，Mg²⁺/Li²⁺=35.2）时，两段纳滤使渗透液镁锂比从0.0284提升至13.04（工业沉淀要求10-30）。同步实现HEDTA^3?再生率99.78%，并产出六方片状Mg(OH)₂纳米颗粒（纯度99.49%）和MgO（99.31%）。

该研究突破传统膜分离对材料设计的依赖，通过"螯合-分离-再生"闭环工艺，将过程工程思维引入复杂卤水处理领域。其意义在于：① 工艺兼容现有商用膜设备，无需复杂改性；② 每吨锂生产可联产2.8吨高值镁产品，提升经济性；③ 相比蒸发法节水90%以上，契合双碳目标。未来研究可探索膜材料与螯合剂分子协同设计，进一步降低操作压力与试剂消耗。