基于氧化锂锰的β-环糊精/PVDF复合膜的制备与吸附性能：用于从盐湖卤水中提取锂

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Fabrication and Adsorption Behavior of a Lithium Manganese Oxide-Based β-Cyclodextrin/PVDF Composite Membrane for Lithium Extraction from Salt Lake Brine

通过将镁掺杂锂锰氧化物（6 wt%Mg-Li?.?Mn?.?O?）嵌入β-CD改性的PVDF基体中，开发出高性能膜状吸附剂。该吸附剂利用β-CD的 amphiphilic 特性构建 interconnected 微孔网络，在真实盐湖卤水（Mg2?/Li?高比）中仍保持23.3 mg g?1的高吸附容量和选择性，且经10次循环后保留89.1%的初始性能。

　　

高登|荣江|侯照飞|冯永军

北京化工大学化学学院化学资源工程国家重点实验室，北京市北三环东路15号，100029，中国

摘要

为了解决基于锰的锂离子筛分材料的实际局限性，研究人员将掺镁的锂锰氧化物复合材料（6% Mg-Li_1.6Mn_1.6O₄）嵌入到β-环糊精（β-CD）改性的聚偏二氟乙烯（PVDF）基质中，开发出一种高性能的膜状吸附剂。这种两亲性的β-CD既作为成孔剂，又作为亲水性修饰剂，在原本疏水的PVDF中形成了相互连接的多孔网络。优化后的1% β-CD/PVDF-HMMO吸附剂表现出高达31.2 mg/g的锂离子吸附容量，比未经改性的PVDF-HMMO吸附剂提高了40%。重要的是，在使用具有高Mg²⁺/Li⁺比例的伊犁平盐湖卤水进行测试时，该吸附剂仍保持了23.3 mg/g的吸附容量，并表现出优异的选择性。此外，这种膜状吸附剂在连续十次吸附-脱附循环后仍保留了89.1%的初始容量。因此，这项工作为开发实用的膜状吸附剂以实现可持续锂资源回收提供了一种简单且可扩展的策略。

章节摘录

引言

全球新能源产业的迅速发展导致对锂资源的需求激增，超过了传统高品位锂矿床的供应能力[1]、[2]、[3]。这些矿产资源不仅地理分布受限，而且正在迅速枯竭，因此需要转向替代锂资源。在各种替代方案中，液态锂资源，特别是低品位的盐湖卤水，因其重要性而备受关注。

化学品

所有使用的分析级化学品均无需进一步纯化。氢氧化锂一水合物（LiOH·H₂O，AR级）、碳酸锰（MnCO₃，AR级）、无水氯化锂（LiCl，AR级）、β-环糊精（β-CD，98%）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚维吡咯烷酮（PVP-K30）、乙酸镁（Mg(CH₃COO)₂）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAC，99%）和Tween-80（AR级）均购自上海麦克林生化有限公司（中国上海）。盐酸（AR级，36.0-38.0%）也由该公司提供。

β-CD/PVDF-LMMO的表征

通过扫描电子显微镜（SEM）系统地表征了制备的复合吸附剂的表面形态，以阐明其微观结构与吸附性能之间的关系。如图1a所示，未经改性的PVDF-LMMO吸附剂具有相对致密且无孔的结构。这种缺乏孔隙性和有限的表面积严重阻碍了锂离子从溶液向活性LMMO位点的传输。

结论

总之，通过将锂锰氧化物（HMMO）粉末掺入β-环糊精改性的PVDF基质中，成功制备出了一种新型的锂离子（Li⁺）吸附剂。β-CD作为结构修饰剂和亲水性修饰剂的独特作用得到了明确验证，这对于形成微孔且可润湿的吸附剂结构至关重要。这种定制的结构促进了锂离子的快速传输，并充分利用了HMMO的活性位点，从而提高了吸附性能。

CRediT作者贡献声明

荣江：撰写原始稿件、方法学研究、实验设计。高登：撰写原始稿件、方法学研究、实验设计。冯永军：撰写修订稿件、监督工作、概念构思。侯照飞：监督工作、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了北京分级催化剂工程中心的支持。