能源科学领域大牛！他，「国家级人才」/「长江学者」，C9教授领衔发表今日重磅Nature！

2024年12月12日，南京大学周豪慎教授（国家级人才/长江学者）、何平教授等人在Nature上发表了一篇题为“Lithium extraction from low-quality brines”的综述长文。

本文综述了从苛刻但有前途的来源提取锂的最新进展和持续的挑战，涵盖了各种方法，包括沉淀、溶剂提取、吸附、膜分离和电化学分离。同时，还根据分离工艺的基本原理，展望了锂提取技术的未来发展。

研究内容

锂因其轻质和低电化学电位而成为锂离子电池不可或缺的材料，这些电池不仅用于电动汽车，也用于与风能、太阳能等可再生能源结合的电网储能，支持全球减排和能源可持续性。锂离子电池行业的扩张导致锂需求激增，预计到2050年需求将增长八到十倍。然而，现有锂资源的开采方法能耗高、环境影响大，且可能无法满足未来需求。全球锂资源分布集中，增加了供应安全和环境挑战。因此，开发从低品质卤水中提取锂的新技术变得尤为重要，这些方法旨在提高提取效率，减少环境影响，并确保锂资源的可持续供应。这包括改进传统蒸发–沉淀技术，以及开发无需预浓缩的直接锂提取技术。通过这些技术进步，可以更好地利用低品位卤水中的锂资源，推动可持续的锂生产，满足能源存储系统的需求，并支持全球向更清洁、更可持续的能源未来转变。

其中，本文提出了“低品质卤水”概念，指的是锂浓度低于0.26 g/l，或镁锂比（Mg/Li）高于6.15的卤水资源，通常包括沉积水、地热燃料、油田产水、海水和盐湖中发现的盐水。这些卤水虽然锂含量较低，但其总储量巨大，并且在全球范围内分布广泛。但由于其广泛的储量和广泛的地理分布而具有巨大的潜力，但由于低锂浓度和高镁锂比，从这些来源提取锂带来了技术挑战。

图1：现有不同锂提取方法的总结。

图1展示了从近期研究中收集的数据，这些研究专注于从低品位卤水中提取锂，绘制了不同研究中原料和结果溶液的Mg/Li比率和锂浓度。

溶剂萃取

溶剂萃取是一种广泛使用的分离技术，它利用目标离子在不相混溶溶剂中的溶解度差异，并且已经适应于锂的提取。它涉及将卤水与溶剂（萃取剂）混合，这些溶剂特别溶解Li⁺同时有效地排斥其他阳离子。选择性来自于Li⁺与萃取剂之间更强的相互作用，以及其他阳离子（特别是Mg²⁺）在进入萃取剂相时脱水的更大难度。然后，富含锂的萃取剂经过脱除溶液处理以回收锂，从而为萃取剂的再利用做准备（图2a）。

其中，具有特定环结构的冠醚显示出对Li⁺与其他离子的选择性螯合偏好（图2b）。然而，它们的可行性受到干扰ML2结构和高合成成本的限制。一个更有效的方法涉及将它们嵌入到基质中以形成选择性微结构，这些微结构有助于Li⁺的通过，同时阻碍Mg²⁺。协同提取系统的开发大大增强了使用溶剂萃取从低品位卤水中回收锂的可行性，在典型的协同提取过程中，使用几种萃取剂和辅助试剂的混合物。一种萃取剂与Li⁺螯合，第二种萃取剂中和电荷，并帮助去除复合物中剩余的配位水，减少其亲水性，并在萃取剂相中富集锂。