近日，蘇州大學(xué)靳健教授、江林教授研究團(tuán)隊(duì)在Nature Communications 上發(fā)表題為Solar-driven membrane separation for direct lithium extraction from arti?cial salt-lake brine的研究論文。研究人員受紅樹林選擇性離子吸收和鹽分分泌過(guò)程的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的膜分離過(guò)程。利用離子分離膜和太陽(yáng)能蒸發(fā)器的協(xié)同作用，Li+在蒸發(fā)器表面不斷選擇性富集，并且可以在蒸發(fā)器的表面以LiCl的形式結(jié)晶出來(lái)，為鹽湖提鋰提供了一種清潔、高效的方式。
鋰享有 “21世紀(jì)能源金屬”的美譽(yù)，在能源領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，因此鋰資源的開發(fā)具有重要戰(zhàn)略意義。在陸地上70%的鋰資源儲(chǔ)存在鹽湖鹵水中，然而鹵水中的競(jìng)爭(zhēng)離子（如Mg2+）濃度很高，極大增加了鹽湖提鋰的難度。近年來(lái)納濾膜鹽湖提鋰技術(shù)得到了廣泛關(guān)注，與離子交換、電滲析和溶劑萃取等傳統(tǒng)離子分離技術(shù)相比，納濾膜分離技術(shù)具有更高的分離效率。在納濾分離過(guò)程中，由于鹵水的滲透壓非常高，不能直接進(jìn)行納濾分離，通常在預(yù)處理階段用大量淡水將高濃度鹵水稀釋10-20倍后再進(jìn)行分離。納濾分離獲得富Li+溶液后，還需要采用加熱蒸發(fā)或高壓反滲透等方式進(jìn)一步濃縮以獲得固體鋰產(chǎn)品。因此，需要繼續(xù)探索更為高效、低能耗的鹽湖提鋰方式。
圖1 （a）泌鹽植物紅樹林照片，（b）紅樹林選擇性離子吸收和鹽分分泌過(guò)程示意圖，（c）太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)膜分離過(guò)程的示意圖。
在本研究中他們采用原位聚合的方式在PES多孔膜表面生長(zhǎng)出PANI納米線陣列，在紫外-可見光范圍光吸收率高達(dá)96%。PANI光熱層可以將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成熱，促進(jìn)水的蒸發(fā)。在光強(qiáng)為3 kW m-2的條件下，水蒸發(fā)速率為3.13 kg m-2 h-1。在水的蒸發(fā)過(guò)程，由于水分子之間的相互作用，在PES孔道內(nèi)可以產(chǎn)生大約12.3 bar的毛細(xì)力，該作用力可以驅(qū)動(dòng)水和離子透過(guò)PA分離層。以哌嗪（PIP）和均苯三甲酰氯（TMC）作為反應(yīng)單體，采用界面聚合方法制備了PA離子分離膜，并調(diào)控了PA膜的分離孔徑，以實(shí)現(xiàn)高效Li+/Mg2+分離。
蘇州大學(xué)材化部張慎祥副教授為論文的第一作者，靳健教授和江林教授為該論文的共同通訊作者。該研究工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
原文信息：Solar-driven membrane separation for direct lithium extraction from arti?cial salt-lake brine
Shenxiang Zhang, Xian Wei, Xue Cao, Meiwen Peng, Min Wang, Lin Jiang*, Jian Jin*
Nat. Commun. 2024, 15, 238
https://www.nature.com/articles/s41467-023-44625-w
團(tuán)隊(duì)介紹
靳健，蘇州大學(xué)特聘教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者。1996年和2001年在吉林大學(xué)獲得學(xué)士和博士學(xué)位，隨后在日本東京大學(xué)從事博士后研究，2004-2009年在日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)先后任特別研究員、主任研究員，2008年入選中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”，2009-2020年任中科院蘇州納米所研究員，2017年加入蘇州大學(xué)。致力于高分子膜材料、仿生超浸潤(rùn)膜及納米孔材料的設(shè)計(jì)制備及在海水脫鹽、離子和小分子分離、水凈化、二氧化碳及燃料氣體純化、生物醫(yī)用分離等領(lǐng)域的研究。在Nat. Mater.、Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Proc. Natl. Acad. Sci.等期刊發(fā)表論文180多篇，論文共被引用18000余次，H-index：65，i10-index：141。獲授權(quán)發(fā)明專利28件，PCT專利2件。入選2020、2021、2022年度全球前2%頂尖科學(xué)家（斯坦福大學(xué)）；連續(xù)入選全球頂尖前10萬(wàn)科學(xué)家（全球?qū)W者庫(kù)）。研究成果獲得江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（排名第一），中國(guó)化工學(xué)會(huì)基礎(chǔ)研究成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（排名第一）。榮獲科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、中組部“萬(wàn)人計(jì)劃”、全國(guó)巾幗建功標(biāo)兵、江蘇省高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)引進(jìn)人才、江蘇省杰出青年等稱號(hào)。并獲中科院朱李月華優(yōu)秀教師獎(jiǎng)。承擔(dān)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（子課題）、江蘇省重大產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目等國(guó)家省級(jí)科研項(xiàng)目二十多項(xiàng)，并作為科研骨干參與基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目。擔(dān)任Desalination、J. Membr. Sci. Lett、Adv. Membr.、《膜科學(xué)與技術(shù)》、《水處理技術(shù)》期刊編委，《高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)》期刊青年執(zhí)行編委。
研究方向：功能高分子復(fù)合材料；高分子/無(wú)機(jī)微孔復(fù)合材料；多孔膜材料；仿生超浸潤(rùn)膜；納米多孔分離膜及氣體、離子分離應(yīng)用研究。
課題組主頁(yè)：http://www.film-sinano.com/
團(tuán)隊(duì)招聘
靳健教授課題組擬招聘2-3位具有化學(xué)/材料合成背景的博士后（年薪高達(dá)30萬(wàn)元），常年招收2-3名優(yōu)秀博士生。請(qǐng)申請(qǐng)者將個(gè)人簡(jiǎn)歷等材料發(fā)送給靳老師（jjin@suda.edu.cn），郵件以“職位申請(qǐng)+姓名”命名。
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