盐湖提锂-Science：淡盐水中提取锂的有效方法

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全球正在加速减少碳排放，这一趋势推动了对清洁能源技术及其所需材料的强烈需求。各国争相获取锂、钴和稀土元素等关键矿物，以支持电动汽车、储能设备及其他低碳技术的生产。

目前，研究的重点主要集中在锂资源上，锂的主要来源包括锂辉石的坚硬岩石和天然盐湖，例如在大陆沉积物中发现的含锂盐溶液。然而，锂的开采通常涉及高能耗和复杂的工艺过程。

在《科学》杂志的第1438页和第1444页上，分别介绍了从淡盐水中提取锂的有效方法。这些研究为在待开采的稀释盐湖水中实现可持续开采提供了新的机会。尽管锂资源的扩展供应旨在满足日益增长的需求，但仍面临诸多挑战。硬岩开采不仅资本密集，且环境负担重，规模扩展也耗时较长。相比之下，盐水提取对环境的影响较小，但提取速度较慢，通常需要经过数月甚至数年的蒸发过程。

从锂浓度较低的盐湖水中进行开采则加剧了这些挑战。新的提取方法为加速盐湖水中锂的生产提供了潜在的解决方案，包括尚未开发的稀有资源。在传统工艺中，地下盐湖水被抽取到地表，形成蒸发池以进行水基蒸发提取。而一种名为直接提取锂的方法则省略了蒸发池的需求，利用吸附剂、电极或膜选择性地从地下盐湖水中分离锂。另一种方法则是在保持蒸发池的同时，利用环境中可获得的能量来加速蒸发过程。

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Song等人采用了后者的策略，并引入了一种转化技术，将蒸发过程转变为直接提取锂的方式。作者并未将光热能量集中在空气与盐水的界面上以加速蒸发，而是利用太阳能通过蒸腾作用产生足够的压力。蒸腾作用是一种毛细管驱动的过程，能够将水从植物根部输送到表面进行蒸发。

该过程在基于薄膜的装置中进行，使用了铝（Al）纳米颗粒修饰的氧化铝（Al2O3）膜进行纳米过滤，以从含有二价离子如镁离子（Mg2+）和钙离子（Ca2+）的盐水中回收锂离子（Li+）。分离出的锂盐则储存在多孔的二氧化硅玻璃材料中。作者不仅在模拟的氯化锂（LiCl）和氯化镁（MgCl2）盐湖水中测试了该装置，还在包含其他单价盐和混合阴离子的复杂真实盐湖水中进行了实验。尽管分离效果并不完美，但通过在多个阶段中重复相同的过程，锂的选择性随着阶段数量的增加而显著提高。这表明该方法在实际应用中进一步优化的潜力。

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通过在Al/Al2O3膜中实现高效的光热转换，作者在1个太阳光照（光强为1 kW/m?）下达到了超过80°C的温度。这使得蒸腾通量超过1升/平方米小时，并将连续的锂分离整合到该过程中。盐的收集是蒸发过程中普遍面临的挑战，难以将盐沉淀局部化到所需位置。

提取的锂盐往往会在将盐水输送到系统中时积聚，或者在需要光学获取阳光的光热材料表面上堆积。相比于传统盐累积装置（如离子交换膜）中盐回收的困难，从二氧化硅玻璃材料中再生锂则可以通过简单的水漂洗完成，这一过程可以在夜间进行，当盐的产量较低时。

Li等人则报道了一种完全消除蒸发和膜的电化学方法。作者利用一种称为“蓝色”能量的脱碳能量来抵消能量成本，这种能量源自渗透势（水分子从稀溶液向浓溶液移动时的电势变化）。

通过避免使用膜材料，降低了系统的复杂性并提高了生产效率。在电化学装置中，阴极（盐水进料）和阳极（提取溶液）隔室仅通过电极之间的电连接进行物理隔离。与盐水中的其他离子相比，磷酸铁（FePO4）电极对锂离子（Li+）的吸附具有优势，而生成的磷酸铁锂（LiFePO4）电极则将Li+释放到提取溶液中。银/氯化银电极则完成氧化还原反应。FePO4和LiFePO4电极在阴极和阳极隔室中交替切换位置，以交替捕获和释放Li+。在模拟盐湖水和真实盐湖水中，该方法对Li+的选择性得到了验证。

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尚待解决的一个关键问题是如何在提高锂提取效率（即锂的回收率）的同时，尽量减少对环境的影响，尤其是在水资源和土地使用方面。锂盐湖水通常存在于干旱地区，而对于南美阿塔卡马沙漠的当地居民而言，水资源的价值远高于锂。

因此，新技术的开发必须优先考虑水的高效利用。此外，还需克服技术上的挑战，包括研发更具选择性和耐用性的吸附剂或膜，以便能够从复杂的盐湖水化学中有效提取锂。

同时，这些新方法的经济可行性仍然存在不确定性。像Song等人所使用的铝纳米颗粒和阳极铝氧化膜，以及Li等人采用的溶剂和银电极，通常成本较高，需要找到性能相当但更具成本效益的替代材料。展望未来，借助人工智能进行流程优化、生命周期评估和技术经济分析，将有助于构建更可持续和更具韧性的锂供应链，从而推动清洁能源的转型。