特別說明：本文由米測技術中心原創撰寫，旨在分享相關科研知識。因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。隨著可再生技術對鋰的需求不斷增加，鋰開采必須對環境和社會負責，以確?？沙掷m的未來。目前，鋰主要通過熱化學途徑從硬巖礦石或通過蒸發過程從鹽水中獲取。開發從各種鹽水中提取鋰的可持續技術對于確保清潔和可靠的鋰供應至關重要。由于鋰離子通常作為一種次要成分存在于鹽水中，與物理化學上相似的陽離子混合在一起，難以分離。因此鋰礦開采是能源密集型的，環境成本很高。目前87%的鋰開采設施使用的蒸發法動力學有限，用水量大，并且只適用于高級鹽水。 有鑒于此，南京大學朱嘉教授和美國加州大學伯克利分校米寶霞教授等人受大自然在蒸騰作用中選擇性提取物種的能力啟發，報告了一種太陽能蒸騰驅動的鋰提取和儲存(STLES)裝置，該裝置可以利用自然陽光從鹽水中提取和儲存鋰。具體來說，該裝置使用分層結構的太陽能蒸發器來產生壓力梯度，從而允許從鹽水中提取鋰，并將其儲存在血管儲存層中。長期實驗、各種膜測試和不同尺寸評估證明了該材料的穩定性、兼容性和可擴展性。這種太陽能采礦技術為關鍵資源的可持續開采提供了另一種發展途徑。作者開發了太陽能蒸騰驅動的鋰提取設備，可從鹽水中提取鋰，具有穩定性和可擴展性。作者設計了一種陶瓷塊作為鋰存儲層，開發了鋰提取設備，通過在不同光照條件下進行的蒸騰試驗，證實了該設備的穩定性和連續工作能力。作為概念驗證，作者開發了STLES平臺，能有效從鹽水中提取鋰，具有高選擇性和穩定性，經過長期測試仍保持性能。作者證實了STLE平臺具有鋰提取的高效性與可擴展性，通過多級系統可提高選擇性，且在模擬室外條件下表現良好。1、開發了太陽能蒸騰驅動的鋰提取和儲存(STLES)設備受自然界植物蒸騰作用的啟發，作者開發了一種太陽能蒸騰驅動的STLES設備，該與傳統的鋰提取方法相比不需要耕地或額外的能源輸入，因此更環保。作者開發了一種被動的，浮動的太陽能蒸發器，這種蒸發器可以利用太陽能加速蒸騰過程，具有高太陽能-熱轉換效率（>90%），從而實現高效和穩定的鋰提取。研究展示了一種利用鋁納米顆粒修飾的陽極氧化鋁作為太陽能蒸發器的鋰提取技術。該蒸發器具有高度多孔結構，平均孔徑100納米，可產生18.5 bar的理論蒸騰壓力。實驗證實，實際蒸騰壓力為18.7 bar，足以驅動納濾過程。蒸發器的分層結構，包含不同尺寸的Al NPs、Al膜和納米多孔AAO基質，通過增強的光熱效應實現高效太陽能吸收和高通量蒸騰。與傳統蒸發器相比，該太陽能蒸發器展現出更高的太陽能吸收率、更高的溫度和更大的蒸騰通量。 研究團隊開發了一種鋰提取設備，其關鍵在于鋰存儲層的設計，它位于蒸發器和膜之間，負責水和壓力的輸送、提供機械支撐以及存儲提取的鋰鹽。為確保穩定提取，存儲層需抵抗空化和栓塞。作者采用陶瓷塊作為存儲層，通過火花等離子燒結技術制成，具有均勻且滲透的通道，尺寸可通過前驅體球直徑控制。存儲層的孔隙率和孔徑足以容納鹽分，且材料與鹽的相互作用弱，易于再生。在不同光照條件下進行的50小時蒸騰測試顯示，設備具有良好的穩定性和連續工作能力。 鑒于上述設計，作者開發了一個概念驗證的STLES平臺，由多個模塊組成，每個模塊有8層。該平臺的鋰提取性能受到鹽水化學性質的影響，特別是鹽度和Mg2+與Li+的質量比。研究發現，隨著進料溶液MLR的增加，Li+選擇性增加，而在高鹽度下，鋰離子滲透率會先增加后降低。STLE成功應用于中國三大鹽湖的稀釋陳化鹽水，證明了其在實際鹽水中的有效性。長期測試顯示，STLE在連續運行528小時后，只需2小時再生，仍能保持高生產效率和選擇性，展示了其在含鹽條件下的穩定性和可持續性。本研究成功開發了一個概念驗證的STLES平臺，展示了其在鋰提取中的應用潛力。該平臺設計靈活，能與多種納濾膜兼容，鋰選擇性高達24，且有潛力通過調整膜特性進一步提升。研究還探索了多級鋰萃取系統，通過增加萃取階段，顯著提高了鋰的選擇性。STLES平臺的模塊化設計允許多個模塊組合，形成大規模鋰提取平臺，具有良好的可擴展性。在模擬室外條件下，平臺能從低濃度鹽水中有效提取鋰，證明了其在實際環境中的應用前景。整體而言，該研究為可持續鋰提取提供了一種創新方法，并通過實驗驗證了其技術可行性和擴展潛力。總之，這項工作報告了一種利用自然光在環境條件下從鹽水中提取鋰的裝置的設計和演示，不需要耕地，并且產生接近零的溫室氣體。與當前和新興的鋰提取方法相比，該方法具有幾個優點。首先，一旦安裝，它的被動方式允許低成本、高效的鋰開采；其次，它可以與現有的蒸發池無縫集成，87%的鋰礦設施使用蒸發池，降低了安裝成本；第三，它可以漂浮在鹽水上，減少土地占用；最后，預計使用高蒸騰壓力蒸發器將有助于處理滲透壓高達400bar的高鹽鹽水，這是目前膜過濾系統壓力極限的五倍。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
