特别说明：本文由米测技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。随着可再生技术对锂的需求不断增加，锂开采必须对环境和社会负责，以确保可持续的未来。目前，锂主要通过热化学途径从硬岩矿石或通过蒸发过程从盐水中获取。开发从各种盐水中提取锂的可持续技术对于确保清洁和可靠的锂供应至关重要。由于锂离子通常作为一种次要成分存在于盐水中，与物理化学上相似的阳离子混合在一起，难以分离。因此锂矿开采是能源密集型的，环境成本很高。目前87%的锂开采设施使用的蒸发法动力学有限，用水量大，并且只适用于高级盐水。 有鉴于此，南京大学朱嘉教授和美国加州大学伯克利分校米宝霞教授等人受大自然在蒸腾作用中选择性提取物种的能力启发，报告了一种太阳能蒸腾驱动的锂提取和储存(STLES)装置，该装置可以利用自然阳光从盐水中提取和储存锂。具体来说，该装置使用分层结构的太阳能蒸发器来产生压力梯度，从而允许从盐水中提取锂，并将其储存在血管储存层中。长期实验、各种膜测试和不同尺寸评估证明了该材料的稳定性、兼容性和可扩展性。这种太阳能采矿技术为关键资源的可持续开采提供了另一种发展途径。作者开发了太阳能蒸腾驱动的锂提取设备，可从盐水中提取锂，具有稳定性和可扩展性。作者设计了一种陶瓷块作为锂存储层，开发了锂提取设备，通过在不同光照条件下进行的蒸腾试验，证实了该设备的稳定性和连续工作能力。作为概念验证，作者开发了STLES平台，能有效从盐水中提取锂，具有高选择性和稳定性，经过长期测试仍保持性能。作者证实了STLE平台具有锂提取的高效性与可扩展性，通过多级系统可提高选择性，且在模拟室外条件下表现良好。1、开发了太阳能蒸腾驱动的锂提取和储存(STLES)设备受自然界植物蒸腾作用的启发，作者开发了一种太阳能蒸腾驱动的STLES设备，该与传统的锂提取方法相比不需要耕地或额外的能源输入，因此更环保。作者开发了一种被动的，浮动的太阳能蒸发器，这种蒸发器可以利用太阳能加速蒸腾过程，具有高太阳能-热转换效率（>90%），从而实现高效和稳定的锂提取。研究展示了一种利用铝纳米颗粒修饰的阳极氧化铝作为太阳能蒸发器的锂提取技术。该蒸发器具有高度多孔结构，平均孔径100纳米，可产生18.5 bar的理论蒸腾压力。实验证实，实际蒸腾压力为18.7 bar，足以驱动纳滤过程。蒸发器的分层结构，包含不同尺寸的Al NPs、Al膜和纳米多孔AAO基质，通过增强的光热效应实现高效太阳能吸收和高通量蒸腾。与传统蒸发器相比，该太阳能蒸发器展现出更高的太阳能吸收率、更高的温度和更大的蒸腾通量。 研究团队开发了一种锂提取设备，其关键在于锂存储层的设计，它位于蒸发器和膜之间，负责水和压力的输送、提供机械支撑以及存储提取的锂盐。为确保稳定提取，存储层需抵抗空化和栓塞。作者采用陶瓷块作为存储层，通过火花等离子烧结技术制成，具有均匀且渗透的通道，尺寸可通过前驱体球直径控制。存储层的孔隙率和孔径足以容纳盐分，且材料与盐的相互作用弱，易于再生。在不同光照条件下进行的50小时蒸腾测试显示，设备具有良好的稳定性和连续工作能力。 鉴于上述设计，作者开发了一个概念验证的STLES平台，由多个模块组成，每个模块有8层。该平台的锂提取性能受到盐水化学性质的影响，特别是盐度和Mg2+与Li+的质量比。研究发现，随着进料溶液MLR的增加，Li+选择性增加，而在高盐度下，锂离子渗透率会先增加后降低。STLE成功应用于中国三大盐湖的稀释陈化盐水，证明了其在实际盐水中的有效性。长期测试显示，STLE在连续运行528小时后，只需2小时再生，仍能保持高生产效率和选择性，展示了其在含盐条件下的稳定性和可持续性。本研究成功开发了一个概念验证的STLES平台，展示了其在锂提取中的应用潜力。该平台设计灵活，能与多种纳滤膜兼容，锂选择性高达24，且有潜力通过调整膜特性进一步提升。研究还探索了多级锂萃取系统，通过增加萃取阶段，显著提高了锂的选择性。STLES平台的模块化设计允许多个模块组合，形成大规模锂提取平台，具有良好的可扩展性。在模拟室外条件下，平台能从低浓度盐水中有效提取锂，证明了其在实际环境中的应用前景。整体而言，该研究为可持续锂提取提供了一种创新方法，并通过实验验证了其技术可行性和扩展潜力。总之，这项工作报告了一种利用自然光在环境条件下从盐水中提取锂的装置的设计和演示，不需要耕地，并且产生接近零的温室气体。与当前和新兴的锂提取方法相比，该方法具有几个优点。首先，一旦安装，它的被动方式允许低成本、高效的锂开采；其次，它可以与现有的蒸发池无缝集成，87%的锂矿设施使用蒸发池，降低了安装成本；第三，它可以漂浮在盐水上，减少土地占用；最后，预计使用高蒸腾压力蒸发器将有助于处理渗透压高达400bar的高盐盐水，这是目前膜过滤系统压力极限的五倍。YAN SONG, et al. Solar transpiration–powered lithium extraction and storage. Science, 2024, 385(6716): 1444-1449DOI: 10.1126/science.adm7034https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm7034
