近年来，可充电锂离子电池的广泛应用导致锂资源消耗逐年增加[1,2]。作为锂资源丰富的国家，中国拥有大量集中分布的锂储量，主要位于青海和西藏等地。然而，中国的盐湖卤水中Li+浓度较低，Mg与Li的质量比（Mg/Li）较高[3]。镁和锂在元素周期表中的位置相近，导致它们的物理化学性质相似，使得锂的提取尤为困难[3]。因此，Mg/Li的分离成为阻碍中国大规模经济开发盐湖锂资源的主要技术瓶颈。
从盐湖卤水中提取锂的技术发展引起了国际社会的广泛关注[4]。目前的主要方法包括沉淀、煅烧-浸出、溶剂萃取[5]、吸附[6]和膜分离[7]。沉淀和煅烧方法主要适用于Mg/Li比率较低的卤水；然而，大多数盐湖卤水的Mg/Li比率较高。尽管溶剂萃取、吸附和膜分离可以应用于高Mg/Li比的卤水，但这些方法存在一些限制。这些问题包括萃取过程中有机溶剂的高挥发性、吸附过程中吸附剂的溶解损失[5]、膜分离中的孔堵塞和污染[8]，以及与选择性电渗析相关的离子交换膜的高成本和技术障碍。这些限制限制了它们的工业应用。
由于没有单一的分离技术能够同时实现高锂回收率和高效的Mg/Li分离，将多种工艺集成到耦合萃取系统中成为实现有效锂回收和分离的有前景策略[9]。支撑液膜（SLM）是一种新型膜分离技术，将溶剂萃取集成到膜框架中[[10], [11], [12]]。通常，SLM使用多孔膜作为支撑体，通过直接浸渍、加压浸渍或真空过滤等方法浸渍载体或萃取剂[13]。有机萃取剂相通过毛细力稳定在膜孔内[14,15]。SLM技术能够在一步中同时进行萃取和反萃取，实现了这些过程的微尺度集成，特别适用于分离低浓度的金属离子。
关于SLM用于锂资源回收的研究逐渐增多。例如，马等人[16]使用LIX54（主要是α-乙酰-十二烷基乙酰苯酮）和TOPO（三辛基膦氧化物）混合物作为载体，从地热卤水和海水中回收锂，5小时后接收相中的Li+回收率为70–75%。Sharma等人[17]在空心纤维SLM中使用二乙基己基磷酸（D2EHPA）和三丁基磷酸（TBP）作为载体从海水中提取锂，测得Li–D2EHPA–TBP的膜扩散系数为6.6 × 10?12 m/s，Na–D2EHPA–TBP为4.5 × 10?12 m/s，K–D2EHPA–TBP为2.5 × 10?12 m/s。Zante等人[18]使用七氟二甲基辛二酮（HFDOD）和TOPO混合物开发的SLM，Li+的渗透系数高达5.0 × 10?3 cm/s，而Na+的渗透系数仅为约0.3 × 10?4 cm/s。尽管SLM具有能耗低、溶剂使用少、选择性高和集成萃取-反萃取等优点，但由于有机相易溶解到相邻水相或跨膜压力差异，其稳定性较差[11]。
为了解决这些稳定性问题，人们引入了离子液体作为SLM中的有机相，这些离子液体具有高粘度和低蒸气压，提高了操作稳定性[19,20]。例如，Zante等人[21]使用疏水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑ium双（三氟甲基磺酰）酰亚胺（[C4mim][NTf2]和TBP作为载体，以及聚偏二氟乙烯（PVDF）支撑膜，从复杂水环境中提取锂。离子液体的使用有助于在离子传输过程中保持电中性并促进高效传输。然而，阳离子交换和离子液体成分的逐渐溶解仍会降低工艺寿命。由于有机相主要是通过物理吸附而不是强化学键保持的，长期稳定性仍然是一个挑战，且离子液体会随时间流失。
在我们之前的工作中[22]，成功制备了冠醚功能化的支撑离子液体膜（PI–14C4-SILM）接触器。该系统利用冠醚对Li+的特异性及其与离子液体的强相互作用构建了锂传输路径并提高了SLM的稳定性。然而，Li+的回收率受到SLM两侧化学势差的限制。此外，进料相中的高渗透压导致有机相流失，循环稳定性仍不满足工业要求。
因此，在先前工作的基础上，我们使用TBP-NaNTf2代替[C4mim][NTf2作为支撑有机相，利用Na+/Li+阳离子交换来减少离子液体的流失[22,23]。使用这些PI-14C4多孔膜制备了传统的SLM和新型的夹心支撑液膜（S-SLM）接触器。我们系统研究了膜结构和厚度对有机相负载能力和Li–Mg传输及分离性能的影响，包括传质动力学和操作稳定性。此外，还评估了S-SLM系统的Li–Mg选择性、长期稳定运行和分离效率。
