从盐水中高效提取锂离子：一种可持续的方法

《Results in Chemistry》：Efficient extraction of lithium ions from brine: A sustainable approach

　　

Nigora Qutlimurotova | Umida Akhmedova | Oydin Tuyeva | Zukhra Yakhshiyeva | Mansur Ashirov | Jamoliddin Razzokov | Gulmira Abyzbekova

乌兹别克斯坦国立大学化学系，塔什干，乌兹别克斯坦

摘要

通过磷酸修饰醋酸纤维素制备了一种醋酸纤维素磷酸酯吸附剂，并对其从水盐溶液中选择性回收Li⁺的性能进行了评估。利用红外光谱、X射线衍射、电位滴定和SEM-EDX对吸附剂进行了结构表征，证实磷酸基团（H?PO?^?：35.12质量%；HPO?^2?：18.32质量%）已成功嵌入纤维素骨架中，计算得到的取代度为每个无水葡萄糖单元约0.09个磷酸基团。该吸附剂对Li⁺的最大静态交换容量达到25.48 mg·g^?1（pH 8–10，25°C，12小时），其吸附行为符合朗缪尔单层吸附模型（R² = 0.9875）和伪二级动力学模型（R² = 0.9935）。热力学分析结果显示ΔG° = ?8.5至?9.0 kJ·mol^?1，ΔH° = ?0.79 kJ·mol^?1，ΔS° = +26 J·mol^?1·K^?1，表明这是一个自发的、放热程度较低的、由表面介导的静电离子交换过程。通过ICP-OES进行的竞争吸附实验表明，在Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺和Al³⁺存在下，该吸附剂对Li⁺具有极高的选择性，αLi/Mg的最小分离因子大于1.13 × 10⁵，αLi/Fe的最小分离因子大于7.29 × 10⁴。这种选择性归因于Li⁺的水合层较薄（ΔHhyd = ?520 kJ·mol^?1），使其能够优先与脱质子化的磷酸基团发生外层配位。该吸附剂可用0.1 mol·L^?1的HCl有效再生，每次再生后可回收25.02 mg·g^?1的Li⁺，并且经过10次连续的吸附-解吸循环后仍能保持超过93%的初始吸附容量。将该吸附剂应用于天然Karaumbek盐溶液（Li⁺浓度为1.39 mg·L^?1；Mg/Li比值约为11；K⁺浓度为716 mg·L^?1），通过ICP-MS检测发现Li⁺浓度降至ICP-MS检测限以下。这种醋酸纤维素磷酸酯吸附剂具有温和的操作条件、简单的制备工艺以及优异的循环稳定性，是一种经济高效且可持续的替代无机离子筛材料的方法，可用于从天然盐水中回收锂。