基于方钠石离子交换动力学差异实现低品质卤水中锂镁高效分离

本研究创新性地利用小孔径方钠石（SOD）的离子交换动力学差异，实现了低浓度锂（Li+）与高干扰镁（Mg2+）的高效分离。通过DFT计算揭示Li+迁移能垒（ΔELi）低于Mg2+（ΔEMg）的机制，为从高镁锂比（Mg/Li>100）卤水中绿色提锂提供了新策略。

　　

Highlight

通过调控沸石离子交换动力学速率，可实现低浓度Li⁺的选择性捕获。采用孔径分别为2.8?、4.1?和7.4?的三种沸石系统研究了Li⁺和Mg²⁺的吸附行为。它们在单独盐溶液中均表现出Li⁺ > Mg²⁺的离子交换动力学趋势，且随着孔径增大，Li⁺与Mg²⁺的动力学差异减小，Li⁺/Mg²⁺选择性发生逆转。特别值得注意的是，最小孔径的方钠石（SOD）因其显著的动力学差异而展现出优异的Li⁺/Mg²⁺分离性能。

Exploration of Li⁺ extraction performance of SOD in low-quality brines

方钠石（SOD）通过100°C下1天的简单水热合成法制备（图S1和S2），并直接用于离子交换过程。研究了SOD在低浓度盐溶液中对Li⁺或Mg²⁺的吸附能力。如图1a所示，随着Li⁺浓度从10 mg?L^-1增加至100 mg?L^-1，SOD对Li⁺的吸附容量从1.3 mmol?g^-1提升至1.9 mmol?g^-1。在相同浓度条件下，对Mg²⁺的吸附容量仅从0.2 mmol?g^-1增至0.5 mmol?g^-1。

Conclusion

本研究中，通过控制沸石离子交换动力学速率，实现了对低浓度Li⁺的选择性捕获。采用三种孔径（2.8?、4.1?和7.4?）的沸石系统研究了Li⁺和Mg²⁺的吸附行为。它们在单独盐溶液中均呈现Li⁺ > Mg²⁺的离子交换动力学特性，且随孔径增大，Li⁺与Mg²⁺的动力学差异减小，Li⁺/Mg²⁺选择性发生逆转。特别值得注意的是，最小孔径的SOD凭借其显著的动力学差异展现出卓越的Li⁺/Mg²⁺分离性能。