一种新型复合膜助力盐湖提锂技术取得新进展

科技日报记者 颉满斌

17日，记者从兰州大学获悉，该校教育部稀有同位素前沿科学中心陈熙萌教授、李湛研究员团队在盐湖卤水战略元素膜分离研究领域取得系列新进展。相关研究成果先后在国际材料与化学领域期刊《美国化学会志·金》和《纳米快报》上发表。

锂作为重要的不可再生战略资源，在国防工业、新能源、先进制造等领域具有重要地位。目前，我国的锂资源主要存在于盐湖卤水中。传统盐湖提锂技术存在二次污染、成本高、回收率低、选择性差等问题。

自2020年开始，陈熙萌团队致力于开发一种从卤水到高纯锂，再到锂同位素的连续分离提取工艺。研究团队成功设计出一种全新结构的二维异质结复合膜。该膜利用膜层间的限域传输过程，成功实现了在真实盐湖环境中对锂及相关战略元素的分离提取。

图为兰州大学自主研发系列二维膜

据介绍，该类二维异质结通道可允许小尺寸水合离子的快速通过，同时阻止了较大尺寸水合离子在二维膜层间的快速传输，进而实现了混合体系中多离子之间的超高选择性尺寸筛分，具有较高的工业化应用前景。“金属有机框架材料/石墨烯异质结构的存在显著提高了膜分离选择性，而聚合物/石墨烯异质结构的存在改善了膜机械强度和稳定性，进而大幅改善了膜的实际应用潜力。”陈熙萌说。

李湛介绍，该技术实现了二维膜材料对于复杂体系中多离子之间的筛分，并阐明了多种离子在二维层间的尺寸限域筛分机理，不但为先进二维膜材料的设计与构筑提供了新思路，也为复杂体系中相似物质之间的高效分离提取提供了一种新技术，同时为盐湖卤水中锂离子的分离提取开辟了一条新路线。

据悉，研究团队还通过研究氧化石墨烯纳米片在涡旋剪切力场中结构组成的动态变化过程，发展出一种更简单的涡旋力场拉伸堆积成膜策略，制备出高选择性、低能耗的超平层间结构的涡旋氧化石墨烯膜，实现了青海茶卡盐湖中锂、钾、镁等离子的选择性高效分离。