克日，中国科学手艺大学徐铜文教授团队在高镁锂比盐湖卤水提锂领域取得主要希望。启 发于古板的多级塔板精馏机制与层析色谱疏散机制，针对化工特种疏散领域重大物料疏散难题， 团队原创性地提出一种“离子精馏”看法，并首次应用于高镁锂比盐湖提锂。
离子精馏手艺极大地提升了特种物料间的疏散效率，由盐湖卤水一步制取超电池级纯度的 锂产品，解决了高镁锂比盐湖卤水提锂的手艺难题。同时，该手艺对差别溶质系统的盐湖卤水 也具有普遍适用性，并有望实现卤水、海水、矿物中有价物质，如钾、铷、铯、镁、硼等的精 细化筛分，推动目的物料的高值化使用。该研究效果以 Ion-“distillation” for isolating lithium from lake brine 为题，以快讯（Letter）形式揭晓于《美国化学工程会志》（AIChE Journal. 2022, e17710. DOI: 10.1002/aic.17710）期刊上，该栏目主要报道化工领域具有 前瞻性以及有潜在重大影响的事情。
锂是化学储能锂电池的主要质料，锂电是解决古板能源�；�，并推动解决‘双碳’问题的 主要手段。我国盐湖卤水具有高镁锂比的特点，而锂镁高效疏散仍是高镁锂比盐湖提锂历程的 突出问题，这也直接导致我国电池级的锂产品仍依赖入口，盐湖提锂逐渐成为包管我国锂资源 清静的主要课题。
针对高镁锂比盐湖卤水锂镁疏散问题，团队基于前期事情积累，聚焦化工特种疏散应用前 沿，另辟蹊径，启发于古板的塔板精馏与色谱疏散手艺，原创性的提出了“离子精馏”盐湖提 锂手艺。古板的电渗析系统接纳阴/阳离子选择膜距离排布，两种离子膜组成一个膜单位，离 子筛分性能受限于单张离子选择膜。“离子精馏”突破古板电渗析单位内部的功效隔膜距离排 布方法，基于“同类同侧”原则，将多个同类型膜并列排布，并在电渗析单位内集成，设计理 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选择性的级数放大效应，实现 锂离子由高镁锂比盐湖卤水的精准疏散。每张离子膜在离子精馏腔室的功效可视作精馏塔中的 塔板，锂镁离子在堆叠的离子选择膜间迁徙，由于锂离子与镁离子在离子膜相保存迁徙速率差 异，基于色谱疏散层析机制，在电场力驱动下实现锂镁离子的电吹脱疏散。
实验构建一级至四级的离子精馏系统，并针对高镁锂的盐湖卤水（青海东台吉乃尔盐湖， 镁锂比＞35），开展了研究。效果批注关于一级至四级离子精馏历程，锂镁的选择性由 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获得的 锂产品纯度为 99.69%与 99.98%，划分凌驾了工业级与电池级标准。最终从青海东台吉乃尔盐 湖卤水中获得的碳酸锂与磷酸锂产品如图 2 所示。作为一种新型化工单位操作，离子精馏的分 离效果显著优于现在文献中所报道的种种先进功效膜质料以及膜疏散历程（如图 3 所示）。
离子精馏手艺有助于解决古板膜疏散手艺在盐湖提锂工业中保存的问题，包管我国锂资源 清静。同时，离子精馏作为一个平台手艺，集成了平衡疏散（选择性高）与速率疏散历程（运 行本钱低）的特色优势，将为锂同位素疏散、稀土疏散、海水精制、细腻化学品疏散、生物制 药等特种疏散场景提供有用解决计划，助力相关历程工业手艺升级，特殊是化工特种疏散手艺 刷新。相关手艺已经申请了发明专利（ CN202110868560.9 ； CN202110868710.6 ； CN202110868737.5；CN202111026979.6；CN202110980248.9；CN202110980229.6；）
中国科学手艺大学蒋晨啸副研究员与陈秉伦博士后为该事情的配合第一作者，徐铜文教授 为通讯作者。本事情获得了科技部国家重点研发妄想“碱性离子交流膜制备手艺及应用”项目， 国家自然科学基金青年项目，以及安徽省科技重大专项项目支持。
全文链接：https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.17710
Abstract
Lithium demands increase dramatically and make it highly attractive to develop advanced ion separation technology/material. However, high Mg2+/Li+ ratio impedes the extraction due to the difficulties in separation of the two ions. Here, we propose an ion-“distillation” technology based on electro-membrane stacking for the extraction of Li+ from lake brine (Mg2+/Li+ ratio: 31.58). This technology employs commercially available monovalent ion-selective membranes, and ions are driven by electric. Using the four-stage ion-“distillation” technology, selectivity values of 26,177 and 27,000 are achieved between Li+ and Mg2+ and between Cl− and SO4 2−, respectively. The electro-stripping mechanism when monovalent ion migrating across the membranes probably magnitude the Li+ selectivity, which is higher than the other reported values in the literature for membrane processes, and the purity of the final LiCl product is greater than battery grade (99.95%). The proposed process can potentially be applied in efficient ion fractionation and special separations.
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