电化学及电化学辅助分离技术在金属提纯与二次资源可持续利用中的应用

《Separation and Purification Technology》：Electrochemical and electrochemically assisted separation for metal purification and sustainable utilization of secondary resources

　　• 动力学 - 传质框架统一了选择性电化学金属回收。• 代表性回收率超过 90%，能耗跨度约为 1–15 kWh?kg?1。• 直接氧化还原、膜分离和辅助步骤被明确区分。• 规模化需要耐用的界面以及标准化的生命周期/经济报告。## 章节摘要### 金属资源的当前供需状况金属是可持续经济发展的基本原材料。近几十年来，全球工业化的加速——特别是可再生能源、电子信息和先进制造等战略新兴产业的迅速扩张——导致关键金属的消耗量增长速度远快于全球人口增长，从而加剧了金属供需之间的失衡 [1]。天然金属资源面临日益加剧的错配问题### 电化学氧化还原方法：技术优势与应用潜力电化学氧化还原方法利用电子作为清洁的氧化还原试剂，并通过精确控制电极电位实现选择性的氧化溶解和还原沉积。与传统路线相比，它们在从二次资源中回收和纯化金属方面具有独特优势，因此成为重要的研究焦点 [35]。电化学处理的主要优势在于其环境相容性。与传统路线不同...### 代表性应用中的电化学分离原理以下案例研究是按主导分离原理而非金属类别组织的。此处将直接电化学氧化还原定义为电极反应直接改变目标物或介体的氧化态并决定分离的过程。电渗析及相关电场驱动的膜操作被视为电化学辅助分离，因为选择性主要由离子通过膜的传输控制。化学...### 工业应用与挑战电化学氧化还原纯化正从实验室研究向中试规模验证过渡，但证据基础不均衡。大多数已发表的研究报道的是间歇式或台式电槽，而工厂吞吐量、连续运行时间、电极更换率、膜寿命和杂质积累往往被遗漏。因此，关于工业成熟度的声明应区分实验室验证、中试认证和原始数据工业评估，而不是...### 结论电化学氧化还原纯化最好被理解为一个耦合分离问题，其中热力学电位窗口、电荷转移动力学、配位/吸附、离子传输和表面演变共同决定选择性。在代表性系统中，可以实现超过 90% 的回收率，但能耗强度各不相同，从电渗析锂回收的特定阶段值约 1–2.5 kWh?kg?1 到用于强化电极沉积的约 9–10 kWh?kg?1。## 利益冲突声明作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能被认为影响了本论文报告的工作。## 致谢本工作获得了广西科学技术发展专项资金 (AD25069078) 和中国国家自然科学基金 (22275166 和 22469002) 的资金支持。莫燕妮 | 陈世龙 | 李赞彬 | 刘文贤 | 卓龙潮 | 刘西军