鋰是新能源汽車電池的核心原材料。我國鋰資源儲量豐富，其中約80%存在于鹽湖鹵水中。然而，鹽湖鹵水中的鎂和鋰離子性質相近、共存一體，難以分離。傳統聚酰胺納濾膜長期受制于滲透性和選擇性難以兼顧的問題，在超高鹽環境下性能急劇下降。基于此，中國石油大學(華東)孫海翔教授領銜的研究團隊提出了一種新型的分級調控界面聚合策略，用來調控納濾膜的結構，可高效分離高鎂鋰比鹽湖鹵水中的鎂離子和鋰離子。9月16日，中國化工報記者采訪了研究團隊的核心成員——中國石油大學(華東)博士研究生陳宇昊。
傳統膜材遇瓶頸 鹽湖有鋰難尋
納濾膜是鹽湖提鋰常用的分離膜。然而，傳統聚酰胺納濾膜存在“滲透性—選擇性”的權衡效應問題。“傳統納濾膜難以同時實現高水通量和高選擇性，這兩者就像是天平的兩端，要么水滲透快但提鋰不純，要么鋰提得純但水滲透得慢。”陳宇昊解釋道。
我國鹽湖鹵水通常具有較高的鎂鋰比和總鹽濃度。這種高鹽環境就像一面“放大鏡”，會徹底暴露這種權衡效應所帶來的弊端，在這樣的環境下，用傳統納濾膜分離鎂離子和鋰離子需用大量淡水稀釋，不僅增加成本，在缺水地區更是難以實施。因此，業界迫切需要一種能夠在高鹽環境下同時實現高通量和高選擇性的分離膜技術。
從分子設計破題 創新界面聚合策略
孫海翔團隊從化學反應的底層邏輯出發，提出了一種創新的界面聚合策略，通過可逆烯胺反應實現對雙水相單體反應行為的分階段控制，為精確調控膜結構、提高分離性能提供了全新途徑。
用于制備納濾膜的傳統界面聚合策略通常只會使用一種水相單體，這種方法雖然成熟，但形成的膜結構由其單一單體的分子結構所決定，其性能存在一個天花板上限，這使得它們難以滿足某些特定領域分離的需求。該技術正是打破了“單一水相單體”的這個傳統，實現了對“雙水相單體”反應過程的精密控制。這就好比在建造一堵精確控制的“分子篩”墻時，不是一次性把所有磚塊都倒進去，而是通過巧妙的工程設計，讓不同大小、功能的磚塊按照預設順序自動到位，各司其職，最終構筑起結構精密的分離層。
“該策略也意味著未來的科研人員可以不再局限于單一單體的固有特性，而是像‘搭樂高’一樣，可以自由地將多種功能各異的單體按照預設的順序和結構進行組合，從而制造面向不同應用場景的膜材料。”陳宇昊說。針對高鎂鋰比鹽湖鹵水提鋰困境專門設計的新型納濾膜就是該策略應用途徑之一。
保障鋰資源安全 應用前景廣闊
該技術為保障國家鋰資源安全，特別是當前以新能源汽車為代表的鋰產業鏈安全帶來了希望。陳宇昊指出：“用這項技術制備的納濾膜可以在極高的鹽濃度下運行，使開發特高鎂鋰比鹽湖資源成為可能。”在實際應用方面，新型納濾膜的高滲透性與選擇性意味著能耗顯著降低，其單位設備處理能力更強，減少了設備占地面積和初始投資，也減輕了前期預處理和后續純化工藝的負擔，縮短整體工藝流程，進一步節省投資和運行成本。
“回顧整個研究過程，最大的驚喜其實在于實驗設計與結果之間那種不可預測的奇妙關系。我們之前設計過很多方案，但結果往往不會完全按預想的路徑發展。”陳宇昊分享道，“這一次，我們想到用‘醛’來精確調控兩種不同胺單體的反應行為。說實話，最開始并沒有十足把握，但令人振奮的是，實驗取得了預期結果，反應過程如我們設想的那樣分步進行、有序可控。”這個階段性勝利給了團隊極大信心，促使他們不斷深入探索、優化條件，最終取得了突破性進展。
目前，這項技術正處于從實驗室向產業化過渡的關鍵階段。基于該技術，研究團隊已成功制備出一款新型納濾膜，能夠高效脫除高鹽溶液中的二價陽離子。這些離子容易造成設備結垢，是很多工業水處理中的痛點。團隊已與中國海油等企業開展合作，有望將該款納濾膜應用在油田注水精細處理等相關領域，助力國內油氣田增儲上產。
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