SPT | 通過(guò)中間水調(diào)節(jié)進(jìn)行光熱去溶劑化，同時(shí)進(jìn)行鋰回收和脫鹽

Part.1

研究背景

全球電氣化與脫碳化發(fā)展使鋰資源戰(zhàn)略地位持續(xù)提升，但鹽湖與海水鋰資源的傳統(tǒng)提取技術(shù)存在化學(xué)消耗大、周期長(zhǎng)、淡水依賴度高等瓶頸，且多數(shù)富鋰鹽湖地處干旱半干旱地區(qū)，淡水短缺進(jìn)一步制約開(kāi)發(fā)；太陽(yáng)能界面蒸發(fā)技術(shù)為同步提鋰與產(chǎn)淡水提供了綠色路徑，然而現(xiàn)有光熱提鋰體系僅停留在宏觀傳質(zhì)與熱力學(xué)優(yōu)化層面，將光熱蒸發(fā)與離子吸附視為簡(jiǎn)單物理耦合，未從微觀層面破解鋰離子脫溶劑化能壘過(guò)高的核心問(wèn)題，嚴(yán)重限制吸附性能與材料理性設(shè)計(jì)。

本文以蓮藕淀粉 / 聚丙烯酰胺為骨架、原位聚合聚吡咯并負(fù)載鈦酸制備出 HLPP 復(fù)合水凝膠蒸發(fā)器，提出 局部光熱脫溶劑化（LPD）新機(jī)制；通過(guò)調(diào)控中間水微環(huán)境與界面熱局域化效應(yīng)，大幅降低鋰離子脫溶劑化能壘，經(jīng) DFT 計(jì)算證實(shí)離子交換能從 - 4.8 eV 優(yōu)化至 - 2.8 eV；實(shí)驗(yàn)表明，1 倍太陽(yáng)光下材料鋰吸附容量達(dá) 84 mg g-1（為暗態(tài)兩倍），水蒸發(fā)速率 2.29 kg m-2 h-1，產(chǎn)水符合 WHO 飲用水標(biāo)準(zhǔn)，在高鎂鋰比鹵水中兼具高選擇性與循環(huán)穩(wěn)定性，為離網(wǎng)型鋰資源回收與海水淡化協(xié)同發(fā)展提供了可持續(xù)方案。

相關(guān)工作以“Photothermal de-solvation via intermediate water regulation for simultaneous lithium recovery and desalination”為題，發(fā)布在《Separation and Puriffcation Technology》期刊上。（中科院二區(qū)，JCR一區(qū)，IF=9）

Part.2

研究數(shù)據(jù)

圖1. (a) HLPP制備圖。掃描電子顯微鏡圖像，(b) LTO(c) HTO。(d) HLPP的橫截面SEM圖像。(e) C，O，N和Ti元素的EDX光譜。(f) LTO，HTO和HLPP的XRD圖像。(g) LRS的FTIR光譜，PAM、HLPP和HTO。

圖2. (a) Py聚合過(guò)程照片。(b) HLPP的接觸角圖像。(c) HLPP的拉曼光譜。(d) HLPP的DSC曲線。(e) HLPP的飽和含水量。

圖3. (a) 太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)測(cè)量裝置示意圖。(b) HLPP的UV vis NIR吸收光譜。(c) 1個(gè)太陽(yáng)下蒸發(fā)面和水體隨時(shí)間的溫度演變曲線。(d) HLPP在不同時(shí)間間隔的紅外熱成像。

圖4. (a) 不同太陽(yáng)輻射水平下HLPP的質(zhì)量損失曲線。(b) 不同太陽(yáng)輻射水平下的蒸發(fā)率。(c) 純水和HLPP的蒸發(fā)速率和能量轉(zhuǎn)換效率的比較。(d) 鹽溶解過(guò)程的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試和數(shù)碼照片。

圖5. (a) 吸附動(dòng)力學(xué)曲線。(b) 在連續(xù)Li提取期間的實(shí)時(shí)溶液蒸發(fā)速率。(c) 不同光強(qiáng)下的偽二階動(dòng)態(tài)擬合。(d) 通過(guò)Langmuir和Friedrich模型擬合吸附等溫線。(e) 吸附增強(qiáng)因子 (EF) 與時(shí)間和太陽(yáng)通量的熱圖像。(f) 范德霍夫圖。(g) Li的理論能壘。(h) 吸附的Li的CDD圖。(i) HLPP接口的ELF分析。

圖6. (a) 用于同步Li提取和淡水收集的室外太陽(yáng)能裝置的示意圖。(b) 室外10次吸附脫附連續(xù)循環(huán)試驗(yàn)。(c) 蒸發(fā)水中金屬離子濃度的ICP-OES分析。(d) 蒸發(fā)水的TDS檢測(cè)。(e) 高M(jìn)g/Li比鹵水中Li對(duì)競(jìng)爭(zhēng)離子的選擇性吸附性能的雷達(dá)圖。(f) HLPP的Li吸附容量和水分蒸發(fā)速率的比較圖。

Part.3

研究結(jié)論

在本研究中，通過(guò)在生物質(zhì)基互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠中建立局部光熱脫溶劑化機(jī)制，克服了Li+界面脫溶劑化所面臨的高熱力學(xué)能壘。通過(guò)構(gòu)建富含中間水分子的微環(huán)境并結(jié)合界面熱局域化效應(yīng)，有效削弱了Li+的水合殼層。通過(guò)密度泛函理論（DFT）對(duì)離子交換能的定量分析顯示，其值從-4.8 eV優(yōu)化至-2.8 eV。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在1太陽(yáng)光照條件下，HLPP的Li+吸附容量為84 mg g-1，約為暗態(tài)下的兩倍。蒸發(fā)速率達(dá)到2.29 kg m-2 h-1。此外，在實(shí)際鹵水測(cè)試中表現(xiàn)出的優(yōu)異選擇性，以及產(chǎn)出的符合世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)的淡水，證實(shí)了該系統(tǒng)的實(shí)際可行性。本研究不僅驗(yàn)證了通過(guò)微觀調(diào)控加速宏觀質(zhì)量傳遞的熱力學(xué)策略，還為離網(wǎng)關(guān)鍵礦物回收與海水淡化技術(shù)的協(xié)同發(fā)展提供了新思路。

Part.4

DOI：10.1016/j.seppur.2026.138123

聲明：僅代表作者本人觀點(diǎn)，作者科研水平有限，如有不科學(xué)之處請(qǐng)?jiān)谙路脚u(píng)指正?。?！

于把科學(xué)和技術(shù)連在一起，統(tǒng)稱為科學(xué)技術(shù)，簡(jiǎn)稱科技。持續(xù)增長(zhǎng)的科技創(chuàng)新離不開(kāi)科研經(jīng)費(fèi)的支撐。