《Journal of Virus Eradication》：Synergist free solvent extraction of lithium from alkaline salt lake brines using thenoyltrifluoroacetone in octanol
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本文聚焦碱性盐湖卤水这一重要锂资源，针对现有提锂技术难以从高浓度竞争性碱金属（尤其是钠）中选择性分离锂的挑战，研究人员开展了一项关于使用噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）-辛醇体系进行锂溶剂萃取的研究。结果表明，在优化的pH 12.0条件下，该体系无需协同萃取剂即可实现67.5±3.4%的锂萃取效率和高达28.0±1.4的最大锂钠分离因子；采用模拟扎布耶盐湖卤水验证，单次循环可获得78.9±3.9%的锂萃取率及优异的钠（98.27±0.49%）、钾（99.3±0.35%）去除效果。这项研究为开发环境友好、工艺简化的高效提锂技术提供了新方案。
在全球能源转型与电动交通快速发展的浪潮下，锂作为锂离子电池的核心元素，其需求正以前所未有的速度增长。然而，全球大部分的锂资源储存在盐湖卤水中，这些卤水成分复杂，常含有高浓度的钠、钾等与锂化学性质相似的碱金属离子。如何从这些“汪洋”中精准“钓”出宝贵的锂，同时高效地分离掉“长得像”但“个头大”的钠和钾，成为了制约锂资源可持续供应的关键技术瓶颈。传统提锂方法如盐田蒸发法不仅耗时长、占地广，而且对高镁锂比卤水适应性差；而现有的萃取技术或效率有限，或需要添加协同萃取剂增加成本和复杂性，且往往使用对环境不友好的石油基溶剂。因此，开发一种选择性高、环境友好、流程简化的提锂技术，已成为学术界和工业界共同关注的焦点。发表在《Journal of Virus Eradication》的这项研究，正是针对这一挑战，提出并系统验证了一种基于β-二酮类萃取剂TTA，以生物可降解的1-辛醇为稀释剂的无协同萃取剂提锂新体系。
为了回答上述问题，研究人员主要运用了经典的液-液溶剂萃取技术进行批量实验，通过调整水相pH、有机相中TTA浓度等关键参数进行系统优化。实验过程包括萃取、洗涤（以去除共萃的钠）和反萃取（回收锂）三个主要步骤。对于模拟实际扎布耶盐湖卤水的复杂组分，研究人员使用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）分析了多种金属离子的浓度。性能评估则通过计算萃取效率、分离因子（SFLi/Na）、锂回收率等一系列指标来进行。
3.1. pH对锂萃取的影响
研究人员探究了pH值在7.0至13.0范围内对萃取行为的影响。结果表明，在pH 12.0的条件下，系统实现了最优性能，获得了67.5±3.4%的锂萃取效率和28.0±1.4的最大锂/钠分离因子，钠去除率也达到了93.1±1.7%。pH低于11.0时，锂萃取效率极低，而pH在10.5到11.0之间时，锂萃取率急剧增加近五倍，这归因于TTA发生烯醇-烯醇互变异构并去质子化生成活性TTA-阴离子，这是有效形成Li-TTA螯合物的关键。
3.2. 萃取剂用量对锂萃取的影响
通过测试不同浓度的TTA，研究人员发现，虽然提高TTA浓度能增加锂的绝对萃取率（从0.15 M时的57.2%提高到0.6 M时的83.8%），但钠的共萃取也随之显著增加，导致选择性（分离因子）下降。在0.3 M的TTA浓度下，系统达到了最佳的平衡点，获得了27.8±1.4的分离因子和69.8±3.5%的锂萃取率，而钠去除率维持在92.3±1.2%。
3.3. 洗涤对钠去除和锂损失的影响
洗涤步骤旨在选择性去除有机相中共萃取的钠离子。研究表明，在有机相与水相体积比为1:1的条件下，洗涤10分钟可以去除44.0±2.2%的钠，同时仅造成8.94±0.4%的锂损失。进一步增加水相比例（如1:3）虽然能去除更多钠（58.7%），但锂的损失也显著增加至17.9%，因此1:1的比例被视为最佳操作条件。
3.4. HCl浓度对反萃取效率的影响
使用盐酸作为反萃取剂，研究其浓度对将锂从有机相转移回水相的影响。结果显示，当HCl浓度为1.0 M时，锂的反萃取效率达到81.3±4.1%，而钠的反萃取效率更高（87.8%），这凸显了洗涤步骤对于最终产品纯度的重要性。低于此浓度反萃取不完全，高于此浓度则效率提升不明显，1.0 M HCl因此被确定为最佳浓度。
3.5. 从实际盐湖卤水中提取锂
为了验证该系统的工业应用潜力，研究人员使用模拟中国西藏扎布耶盐湖组成的合成卤水（含约1000 mg/L锂、116,000 mg/L钠和27,900 mg/L钾）进行了测试。在优化条件下，单次循环即实现了78.9±3.9%的锂萃取率，锂/钠和锂/钾分离因子分别高达41.2±1.5和54.3±1.7。经过完整的萃取-洗涤-反萃取流程，最终锂的总回收率达到53.4±2.6%，同时实现了98.27±0.49%的钠去除率和99.3±0.35%的钾去除率，证明了该系统在极端离子强度和复杂基质条件下的有效性与高选择性。
3.6. 与文献中TTA基萃取体系的比较
与已有文献对比发现，TTA单独使用于苯、甲苯、煤油等传统非极性溶剂时，几乎无法萃取锂，必须依赖协同萃取剂（如TOPO）。而本研究开发的TTA-辛醇体系在不使用任何协同剂的情况下，实现了与使用协同剂的体系相当的锂萃取性能。其优异表现主要归功于1-辛醇作为稀释剂的独特两亲性，其既疏水又亲水的特性有助于稳定Li-TTA配合物，并提高其在有机相中的溶解度。
3.7. TTA载体的锂选择性机理
该体系对锂的选择性源于TTA独特的分子结构。在碱性条件下，TTA去质子化形成烯醇负离子（TTA-）。锂离子（Li+）因其较小的离子半径（0.76 ?）和较高的“硬度”（hardness），与TTA烯醇阴离子这一“硬碱”形成更强的静电结合，并完美匹配其螯合“咬合角”，从而形成稳定的六元环状螯合物。相反，较大的钠离子（Na+，1.02 ?）会导致螯合环张力增大，配合物稳定性降低。这种基于酸碱软硬度理论和空间位阻效应的选择性结合，是体系能够高效分离锂和钠的根本原因。
研究结论表明，TTA-辛醇溶剂萃取系统是一种从高钠碱性盐湖卤水中选择性回收锂的高效、有前景的解决方案。该系统通过在pH 12.0、TTA浓度0.3 M、洗涤相体积比1:1、使用1.0 M HCl反萃取等一系列优化条件下运行，成功实现了高锂萃取率（67.5-78.9%）、高锂/钠分离因子（28.0-41.2）以及优异的杂质去除效果（钠去除>93%）。研究的重要意义在于，它首次报道了使用1-辛醇作为TTA的稀释剂进行锂萃取，并且该体系在无需任何协同萃取剂的情况下即可有效工作。这不仅简化了溶剂配方，降低了成本，更重要的是，使用可生物降解的1-辛醇代替传统的石油基溶剂，符合绿色化学原则，具有显著的环境友好优势。该技术的成功验证，为解决从成分复杂的盐湖卤水中经济、高效、环保地提取锂这一全球性挑战提供了新的可能，对于保障可持续的锂资源供应以支持新能源产业发展具有重要价值。
