本技术涉及一种新型冠醚/氧化石墨烯复合光热离子分离膜,该膜由光热蒸发层和离子分离层构成。光热蒸发层特别设计有垂直多孔通道,以增强光热效应。离子分离层则负责实现高效的离子筛选功能。
背景技术
锂(Li),作为21世纪最宝贵的资源之一,需求呈现急剧增长的态势。在陆地上,盐湖卤水已成为锂的主要来源,占据了可采锂储量的70%,对于确保锂电池市场的健康发展具有至关重要的作用。然而,盐湖水中锂离子(Li+
)虽然含量丰富,但其浓度相对较低,且常常伴随着高浓度的镁离子(Mg2+
)和大量的钠离子(Na+
)、钾离子(K+
)等其他单价干扰离子。在锂的提取过程中,尤其是最终的沉淀步骤中,Li+
通常以氢氧化物或碳酸化合物的形式被回收。但与此同时,由于Mg(OH)2
或MgCO3
也具有较低的溶解度,因此在沉淀处理过程中往往会出现共沉淀现象,从而影响最终产品的纯度。此外,单价干扰离子在沉淀时也会被包裹共析出,造成产品纯度降低。因此,如何在沉淀处理之前实现Li+
与Mg2+
和其他Na+
、K+
单价干扰离子的高效、选择性分离,成为了获得高纯度锂产品的关键所在。
传统的基于太阳蒸发/沉淀的锂提取工艺虽然在一定程度上能够满足需求,但其需要使用大量的化学品,且对于具有高Mg2+
/Li+
质量比(MLR)盐水处理效果不佳。相比之下,纳滤(NF)工艺以其对离子的选择性分离能力而备受关注。纳滤膜能够在一定程度上区分不同价态和大小的离子,实现Li+
与Mg2+
的分离。然而,由于盐湖水中离子强度高、原料成分复杂,且具有易结垢等操作问题,使得直接采用纳滤工艺提取锂面临重大挑战,并且,上述工艺针对Li+
与Mg2+
的分离较为有效,但对于其他离子电荷与离子半径相近的Na+
、K+
等单价干扰离子几乎没有分离效果。为了克服这些困难,人们通常将纳滤工艺与其他预处理和后处理单元相结合,形成一个完整的处理工艺。在预处理阶段,通过一系列化学沉淀或离子交换等方法,对原始盐湖水中的Li+
进行预富集,并尽量去除或降低Na+
、K+
等单价离子的浓度。随后,将处理后的盐水稀释一定比例后进入纳滤工艺模块,以降低镁锂比并高度富集Li+
。在纳滤过程中,通过优化操作条件和膜的选择性,进一步提高Li+
与其他离子的分离效率。在后处理阶段,采用反渗透膜处理工艺模块对来自纳滤工艺模块的渗透液进行浓缩,以回收其中的Li+
用于最后的沉淀步骤,并同时回收清洁水用于预处理阶段的高浓度盐水稀释。尽管这种集成纳滤处理工艺在一定程度上提高了锂的提取效率,但其工艺流程复杂、操作繁琐,且涉及压力驱动膜处理工艺段(如纳滤膜和反渗透膜处理单元)的设备设施投入成本高、能源消耗极大。此外,对于单价离子(如钠、钾)的分离效率仍有待进一步提升。因此,如何进一步优化锂提取工艺,降低能耗和成本,最终实现二价镁离子和单价钠、钾离子的一步式纳滤同步去除,成为了当前亟待解决的问题。
实现思路