我国科大提出“离子精馏”新单元操作完成高镁锂比盐湖卤水直接提锂

  近来，我国科学技能大学徐铜文教授团队在高镁锂比盐湖卤水提锂范畴取得重要发展。启发于传统的多级塔板精馏机制与层析色谱别离机制，针对化工特种别离范畴杂乱物料别离难题，团队原创性地提出一种“离子精馏”概念，并初次使用于高镁锂比盐湖提锂。离子精馏技能极大地提升了特种物料间的别离功率，由盐湖卤水一步制取超电池级纯度的锂产品，处理了高镁锂比盐湖卤水提锂的技能难题。一起，该技能对不同溶质体系的盐湖卤水也具有广泛适用性，并有望完成卤水、海水、矿藏中有价物质，如钾、铷、铯、镁、硼等的精密化筛分，推进方针物料的高值化使用。该研讨成果以Ion-“distillation” for isolating lithium from lake brine（AIChE Journal. 2022, e17710. DOI: 10.1002/aic.17710）

  锂是化学储能锂电池的重要质料，锂电是处理传统能源危机，并推进处理‘双碳’问题的重要手法。我国盐湖卤水具有高镁锂比的特征，而锂镁高效别离仍是高镁锂比盐湖提锂进程的显着问题，这也直接引发我国电池级的锂产品仍依靠进口，盐湖提锂渐渐的变成为保证我国锂资源安全的重要课题。

  针对高镁锂比盐湖卤水锂镁别离问题，团队依据前期作业堆集，聚集化工特种别离使用前沿，另辟蹊径，启发于传统的塔板精馏与色谱别离技能，原创性的提出了“离子精馏”盐湖提锂技能。传统的电渗析体系选用阴/阳离子挑选膜距离排布，两种离子膜构成一个膜单元，离子筛分功用受限于单张离子挑选膜。“离子精馏”打破传统电渗析单元内部的功用隔阂距离排布方法，依据“同类同侧”准则，将多个同类型膜并排排布，并在电渗析单元内集成，规划理念如图1。使用特种离子在堆叠离子膜中的多级筛分机制及离子挑选性的级数扩大效应，完成锂离子由高镁锂比盐湖卤水的精准别离。每张离子膜在离子精馏腔室的功用可视作精馏塔中的塔板，锂镁离子在堆叠的离子挑选膜间搬迁，因为锂离子与镁离子在离子膜相存在搬迁速率差异，依据色谱别离层析机制，在电场力驱动下完成锂镁离子的电吹脱别离。

  试验构建一级至四级的离子精馏体系，并针对高镁锂的盐湖卤水（青海东台吉乃尔盐湖，镁锂比＞35），展开了研讨。依据成果得出关于一级至四级离子精馏进程，锂镁的挑选性由30（一级）逐级提升至1104（二级）、3297（三级）与26177（四级），二级与四级离子精馏取得的锂产品纯度为99.69%与99.98%，别离超过了工业级与电池级规范。终究从青海东台吉乃尔盐湖卤水中得到的碳酸锂与磷酸锂产品如图2所示。作为一种新式化工单元操作，离子精馏的别离效果显著优于现在文献中所报导的各类先进功用膜资料以及膜别离进程（如图3所示）。

  离子精馏技能有助于处理传统膜别离技能在盐湖提锂工业中存在的问题，保证我国锂资源安全。一起，离子精馏作为一个渠道技能，集成了平衡别离（挑选性高）与速率别离进程（运转成本低）的特征优势，将为锂同位素别离、稀土别离、海水精制、精密化学品别离、生物制药等特种别离场景供给有用处理方案，助力相关进程工业技能晋级，特别是化工特种别离技能革新。有关技能现已申请了发明专利（CN0.9；CN0.6；CN7.5；CN9.6；CN8.9；CN9.6；）

  我国科学技能大学蒋晨啸副研讨员与陈秉伦博士后为该作业的一起榜首作者，徐铜文教授为通讯作者。本作业得到了科技部国家重点研制方案“碱性离子交换膜制备技能及使用”项目，国家自然科学基金青年项目，以及安徽省科技严重专项项目支撑。