《ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》：Advances in emerging separation technologies for rubidium recovery from seawater brines
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铷回收技术综述：系统评估无机材料、MOFs、离子印迹聚合物及膜集成系统在海水/卤水中的选择性吸附与工业化潜力，揭示低浓度、高盐度竞争离子环境下的技术瓶颈，提出材料改性、再生优化及规模化应用方案。
伊姆蒂亚兹·阿夫扎尔·汗（Imtiaz Afzal Khan）| 布里吉·莫汉（Brij Mohan）| 穆罕默德·纳维德·阿夫里迪（Muhammad Naveed Afridi）| 齐拉克哈·扎法尔（Zulakha Zafar）| 穆罕默德·萨基布·纳瓦兹（Muhammad Saqib Nawaz）| 纳迪姆·拜格（Nadeem Baig）| 艾哈迈德·I·奥斯曼（Ahmed I. Osman）| 穆罕默德·比拉尔·阿西夫（Muhammad Bilal Asif）
沙特阿拉伯达兰市法赫德国王石油与矿业大学（King Fahd University of Petroleum and Minerals）跨学科膜与水安全研究中心（Interdisciplinary Research Centre for Membranes and Water Security），邮编31261
摘要
由于全球对铷（Rb）需求的不断增长，从非传统来源（包括海水和盐水中）提取铷变得越来越有吸引力。虽然海水盐是一个可持续的替代传统采矿的方法，但铷和竞争性碱金属的超痕量浓度使得选择性提取尤为具有挑战性。本综述简要概述了近期在吸附剂设计方面的进展，包括基于无机材料的吸附剂、纳米结构吸附剂（如金属有机框架（MOFs）、离子印迹聚合物和超分子吸附剂，以及基于膜的集成回收系统。首先，总结了现有的盐矿开采技术以提供关键概述。其次，评估了基于无机材料的原始和混合吸附剂，结果表明这些吸附剂由于表面功能的定制和结构适应性而具有更好的选择性。值得注意的是，特别是那些将无机吸附剂与聚合物或磁性载体结合的混合吸附剂，表现出更好的稳定性、增强的再生能力和操作稳健性。第三，对新兴纳米结构吸附剂和基于膜的集成模块的性能进行了关键分析，涉及吸附容量、选择性和可扩展性。第四，指出了在实验室规模性能与工业应用之间的差距以及未来的研究机会。本综述的发现为未来在可持续铷回收方面的创新提供了基础框架，并概述了多功能吸附剂从复杂基质（如海水盐）中提取铷的更广泛潜力。
引言
全球对金属的需求正在稳步上升，这一趋势受到生活方式变化、快速经济增长、人口增长和技术发展加速等因素的推动[1]、[2]。在过去五十年中，许多地质化学上稀缺且价值高的金属的提取率每年大约增长3%[3]、[4]。由于这些金属在电子、可再生能源和储能等行业的关键作用，传统采矿方法难以满足日益增长的需求[5]、[6]、[7]。传统采矿通常与环境破坏性行为相关，包括露天开采、使用有毒化学物质以及严重的生态破坏。然而，由于铷（Rb）、铯（Cs）、铜（Cu）、金（Au）和锂（Li）等关键或贵重金属的不可或缺性，需求持续上升[8]、[9]、[10]。这种不断增长的需求，加上采矿的局限性，促使人们探索替代的金属来源。
海水是一个庞大且基本上未开发的宝贵元素储库[11]、[12]。尽管这些金属的浓度很低，但海水的巨大体积为可持续资源回收提供了有希望的机会（图1）。相比之下，盐水流（来源于天然来源（例如盐湖）或工业过程（例如采矿废水和海水淡化浓缩液）的高盐度水溶液）通常含有显著高浓度的宝贵金属，使其成为提取这些金属的可行来源[13]。铷和锂等金属被广泛应用于高性能电子、储能、催化和工业制造等领域，使其成为有前景的目标[8]、[9]、[10]。然而，从海水或盐水中提取这些宝贵金属在技术和经济上仍然具有挑战性[7]、[10]、[14]、[15]。从海水中提取金属的可行性取决于两个主要因素：（i）目标金属的浓度；以及（ii）其市场价格[9]、[16]、[17]。虽然海水是一种丰富的资源，但盐湖和采矿盐水通常含有更多的碱金属，并含有竞争性离子（例如Na+、K+和Cs+），为选择性金属回收提供了实际且经济可行的机会[18]。因此，人们非常关注开发可扩展且成本效益高的技术，以用于农业、工业和医疗等领域的金属回收[7]、[11]、[14]。值得注意的是，日本和韩国等国家正在积极投资研究和开发，以利用海水和浓缩盐水作为关键和宝贵金属的战略来源[19]、[20]。最近在提取技术方面的进展，特别是在吸附[21]、[22]、[23]、离子交换[24]、[25]和基于膜的过程[21]、[26]方面，突显了全球为解决技术挑战所做的努力。迄今为止，大多数研究集中在从盐湖盐水中提取锂（Li）上，而从复杂盐水中提取其他碱金属（如铷）的研究相对较少。
尽管历史上被忽视（图1b），但由于铷在量子计算、原子钟和超导体等领域的应用，从海水盐水中提取铷开始受到重视[27]。研究探索了各种离子交换材料，包括钛硅酸盐和酚醛树脂，以及基于膜的技术，以提高从海水盐水中提取铷的效率[28]、[29]。例如，在中性pH值下，钛硅酸盐吸附剂[30]的铷吸附容量高达197 mg/g。然而，它也吸附了多种共存杂质，包括铯（253 mg/g）、钾（164 mg/g）、钠（94.3 mg/g）和锂（26.4 mg/g）。根据选择性（α）分析，钛硅酸盐的亲和力顺序为：αRb/Li = 7.45 > αRb/K = 2.09 > αRb/Cs = 0.78 [30]。通过蒸发浓缩盐水也可以提高铷提取的经济可行性[31]、[32]。此外，研究人员评估了先进的离子交换材料，如磷酸化杯芳烃[33]、介孔铝硅酸盐和锆硅酸盐[34]，以及铵钼磷酸钙-海藻酸盐复合材料[35]。然而，这些先进材料仅在实验室规模上进行了测试，需要在实际条件下进一步验证。从海水盐水中提取铷仍面临若干挑战：（i）由于与铯、钠和钾等竞争性碱金属的结合，吸附剂和离子交换树脂的选择性较低；（ii）从实际海水盐水中提取纯度较低的铷需要额外的处理步骤，如蒸馏；（iii）缺乏验证，表明现有材料在大规模或不同操作条件下的适用性。
这些局限性凸显了开发专门用于从海水盐水中选择性和高效提取铷的先进材料和回收系统的必要性。本综述旨在通过探讨从海水和盐水中提取铷的最新进展，批判性地评估其局限性，并概述提高效率和选择性的前景。具体而言，本综述评估和解释了以下内容：（i）通过批判性分析不同类型吸附剂（包括无机材料、金属有机框架（MOFs）、离子印迹聚合物（IIPs）和超分子吸附剂）的吸附行为和选择性，来评估其性能；（ii）通过阐明聚合物-无机复合材料和功能化纳米结构材料在提高铷吸收、选择性和长期操作稳定性方面的协同作用；（iii）基于膜的集成回收系统，以探索其在浓缩和回收铷方面的潜力；（iv）识别限制大规模铷回收的关键技术和经济挑战，并概述未来的研究方向，如先进材料设计、再生和稳定性。
现有盐矿开采技术概述
已经探索了几种从海水盐水中提取宝贵元素的技术，如表1所示。由于对其需求的增长，寻找高效和可持续的方法从海水盐水中回收宝贵元素受到了广泛关注。在各种策略中，四种方法尤为有前景，包括太阳能蒸发[7]、[36]、[37]、[38]、电渗析（ED）[8]、[11]、[39]、[40]、膜蒸馏（MD）[6]、[10]、[14]、[15]
基于无机材料的铷提取吸附
由于传统方法（如化学沉淀）的成本、能耗和环境影响，最近的研究重点转向了基于吸附的铷提取技术，这些技术能够实现铷的选择性提取。这种选择性主要是通过微调物理化学相互作用来利用离子半径的差异实现的。吸附在广泛的盐度范围内仍然有效，并且在不同的pH条件下表现出稳健的性能[59]、[63]。
金属有机框架（MOFs）
金属有机框架（MOFs）作为一种从复杂水溶液（包括海水盐水）中提取铷的新方法已被引入并进行了评估（图6）。MOFs的特点是具有较大的表面积、可调的孔隙和可调节的表面性质[94]、[95]，这有助于从含有竞争性离子（如Na+和K+）的盐水中选择性地捕获铷[96]、[97]。多项研究表明，基于MOF的吸附剂表现出快速的吸附动力学和优异的性能技术挑战与前景
由于铷在工业中的重要性日益增加以及迫切需要可持续的提取方法，从海水和盐水中提取铷受到了关注。在改进吸附机制、优化材料性质和改善系统设计方面取得了显著进展。这些进展包括对铷特异性相互作用的更好理解、混合框架的开发以及新兴吸附剂的应用结论
先进技术中对铷的需求加剧了从非传统来源（如海水和盐水）开发有效回收技术的需求。本综述全面评估了铷回收的新兴策略和先进吸附剂，并总结了当前的进展和关键瓶颈。铷回收的主要挑战在于其在海水和盐水中的痕量浓度，以及高浓度的竞争性离子（如钠和钾）的干扰
作者贡献声明
伊姆蒂亚兹·阿夫扎尔·汗（Imtiaz Afzal Khan）：撰写——原始草稿，正式分析，数据管理。布里吉·莫汉（Brij Mohan）：撰写——审稿与编辑，验证，数据管理。穆罕默德·纳维德·阿夫里迪（Muhammad Naveed Afridi）：资源获取，调查，数据管理。齐拉克哈·扎法尔（Zulakha Zafar）：验证，正式分析，数据管理。穆罕默德·萨基布·纳瓦兹（Muhammad Saqib Nawaz）：撰写——审稿与编辑，可视化，验证。纳迪姆·拜格（Nadeem Baig）：撰写——审稿与编辑，验证，数据管理。艾哈迈德·I·奥斯曼（Ahmed I. Osman）：撰写——审稿与编辑，可视化，验证。穆罕默德·比拉尔（Muhammad Bilal）：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
