基于離子液體開發(fā)的高性能基膜用于鋰回收

2024-08-14 10:39:49 sh默尼 37

鋰(Li)被認(rèn)為是21世紀(jì)的戰(zhàn)略金屬，在電動汽車對鋰離子電池需求不斷增長的推動下，Li在能源行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)最近電動汽車庫存增長的趨勢預(yù)測，未來幾十年內(nèi)對Li的需求將增加18到20倍。因此，必須制定更有效的策略，從不同的來源回收Li，以滿足其供應(yīng)。然而，在鹵水、廢鋰離子電池、Li₂CO₃母液等含鋰溶液中存在高濃度的鈉(Na)、鉀(K)等堿金屬離子。因此，探索更有效、高選擇性地從堿金屬中分離出Li的方法具有重要的意義。

近年來，用于鋰回收的技術(shù)有膜分離、吸附、電化學(xué)、溶劑萃取等。溶劑萃取作為一種從混合堿金屬溶液中選擇性提取鋰的有效方法，越來越受到人們的重視。目前，有效的萃取體系主要基于β-二酮萃取劑，如α-乙酰基-m-十二烷基苯乙酮(LIX54)、噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)、4-苯甲酰-3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮(HPMBP)與三辛基氧化膦聯(lián)合組成的協(xié)同萃取體系。β-二酮萃取劑對堿金屬具有良好的選擇性，但需要強(qiáng)堿條件或皂化才能有效萃取。為了避免使用強(qiáng)堿，許多研究人員合成了β-二酮基離子液體，其pH范圍廣，環(huán)境友好性強(qiáng)。為了追求更好的萃取效果，人們正在探索設(shè)計(jì)新型β-二酮基離子液體。此外，離子液體的應(yīng)用往往受到復(fù)雜的分離后回收過程的阻礙。為了解決與溶解損失和再循環(huán)相關(guān)的問題，一種可行的策略是將離子液體接枝或固定在具有不同功能的底物上。使用這種固定在膜上的離子液體，由于其消耗更少，性能穩(wěn)定，將更具可持續(xù)性和效率。

基于此，來自中國科學(xué)院的邢慧芳和楊良嶸團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)β-二酮基ILs的親疏水性來優(yōu)化其萃取能力。以甲基三丁基銨([N4441]⁺)為正離子，去質(zhì)子化噻吩甲酰三氟丙酮([TTA]^-)為陰離子，合成了一種具有高萃取量的新型IL，即[N4441][TTA]。然后將[N4441][TTA]整合到三醋酸纖維素(CTA)中，制備了一種離子液體基膜(NTC)。

本研究合成了一種新型功能化IL [N4441][TTA]，并制備了含有[N4441][TTA]的IL基膜NTC，用于鋰的分離。制備的NTC膜具有較高的Li初始通量和選擇性，有望應(yīng)用于高濃度鈉、鉀鹽溶液中鋰的提取。