利用支撑甜菜碱离子液体膜结合超声波辅助正向渗透工艺从富镁卤水中选择性分离锂

《Scientific Reports》：Selective separation of Li from Mg rich brine using supported betaine ionic liquid membranes with ultrasonic assisted forward osmosis process

　　

摘要

能源存储系统对锂（Li⁺）的全球需求日益增长，要求从复杂的富镁卤水中实现有效且选择性的提取。本研究探讨了在超声波辅助正渗透（FO）条件下，负载型离子液体膜（ILMs）的选择性、表征及性能优化，以实现从富镁卤水中选择性提取Li⁺。通过将甜菜碱基离子液体（[Bet-butyl][PF₆]、[Bet-hexyl][PF₆]、[Bet-butyl][SCN]及[Bet-hexyl][SCN]）与磷酸三丁酯（TBP）复合至聚偏氟乙烯（PVDF）膜中，制备了四种复合ILMs，并用聚氯乙烯（PVC）层进一步密封。通过XRD、FESEM和EDX分析对膜形貌、结晶性及稳定性进行了表征。含PF₆阴离子的ILMs形成了致密、结晶性高、机械强度和选择性均较高的膜，而含SCN阴离子的ILMs则形成更具无定形态和孔隙结构的膜，渗透性更高。PVC密封增强了亲水性和ILMs稳定性，使在超声处理下ILMs损失降至2.4%以下。通过贝叶斯网络学习，搜索了包括振幅、超声时间和脉冲序列在内的关键超声参数对复合膜中Li和Mg离子通量的影响。较高的超声振幅（157.5 μm）和适中频率（150 kHz）使锂的渗透性和选择性最大化，而较高的镁（Mg²⁺）浓度则阻碍了性能表现。[Bet-butyl][SCN]:TBP膜表现出最高的选择性（S_Li/Mg?>?349）。这些结果表明，定制的ILMs化学组成，结合优化的超声条件和PVC密封，可实现从复杂卤水中高效、选择性且稳健的Li⁺提取。