原位微纳气泡技术用于增强从盐湖卤水中提取锂的过程并促进锂的再生

锂吸附剂Li-Al层状双氢氧化物通过原位微纳米气泡激活策略，实现结晶-无定形可逆转变，动态调控界面电荷提升锂吸附容量45.3%和再生效率25.4%，工业验证显示吸附剂用量减少31.5%，水耗降低31.5%，年节省成本71.4万美元。

　　

杨金明|江浩|江海深|李一然|张凯|张双|郑飞|梅一鸣|罗先平|刘玉辉

中国江西省南昌市东华理工大学水资源与环境工程学院，国家铀资源勘查-开采与核遥感重点实验室，邮编330013。

摘要

从盐湖卤水中可持续地提取锂（Li⁺）对于推动全球向低碳能源技术的转型至关重要。然而，像锂铝层状双氢氧化物（LiAl–LDH）这样的选择性锂离子吸附剂由于静电离子捕获以及在重复循环过程中的结构逐渐退化，通常表现出有限的吸附能力和较差的再生性能。在这里，我们提出了一种原位微纳气泡（MNBs）激活策略，该策略能够诱导LiAl–LDH从晶体状态转变为非晶态，从而动态调节界面电荷，实现高效且持久的锂离子提取。MNBs的原位生成和破裂导致LiAl–LDH的层间距扩大了8.23%，同时MNBs界面上的负电荷增加促进了锂离子的吸附，使吸附容量提高了45.3%（从6.53 mg/g增加到9.49 mg/g）。在解吸过程中，MNBs减弱了静电相互作用，使锂离子的解吸效率提高了约25.4%（从3.86 mg/g增加到4.84 mg/g）。Ansys Fluent模拟表明压力和溶解度梯度是驱动因素，而密度泛函理论（DFT）计算显示锂离子的吸附能量得到改善，电荷分布更加均匀。在5000吨·年Li₂CO₃的生产规模下，使用四种代表性卤水进行验证，结果表明吸附剂用量减少了31.5%（从150吨减少到102.8吨），用水量减少了31.5%（从720,000立方米减少到493,200立方米），每年可节省714,000美元的成本。这项研究为高效提取锂提供了一种可扩展且环境友好的方法。

章节摘录

引言

从盐湖卤水中提取锂（Li⁺）已成为满足日益增长的锂需求的主要方法（Darling等人，2024；Yong等人，2024；Foo等人，2023；Zhang等人，2024；Li等人，2024；Zhang等人，2024）。在各种吸附剂中，基于铝的层状双氢氧化物（LiAl–LDH）因其高锂离子选择性和环境兼容性而受到广泛关注（Huo等人，2025；Pan等人，2024；Zhong等人，2021；Gao等人，2024；

实验程序

关于材料与试剂的详细信息、LiAl–LDH吸附剂的合成、锂离子吸附和解吸实验以及吸附-解吸循环程序，请参见支持信息（实验部分1.3–1.5）。

微纳气泡（MNB）系统的制备

空气或惰性气体以20.0–60.0 mL min^-1的流速通过微纳气泡发生器，分别注入卤水预处理罐和解吸-水预处理罐中，以产生均匀分布的微纳气泡（10⁶–10⁸个气泡/mL）（Kyzas

原位微纳气泡系统下LiAl–LDH的微观结构演变

通过一系列形态学和物理化学表征，阐明了MNBs对LiAl–LDH结构的影响。如图2A所示，LiAl–LDH吸附剂前体首先被合成，随后经过三次连续的水洗循环，从而产生锂空位。这一过程最终形成了最终的LiAl–LDH吸附剂（图S1）。图2B展示了

结论

本研究表明，原位MNBs激活能够诱导LiAl–LDH发生可逆的晶体-非晶态转变，建立了一种通过调控结晶度和界面电荷来提升吸附剂性能的新机制。MNBs诱导的晶体可逆性显著改善了锂离子的提取行为，使吸附容量和解吸效率分别提高了45.3%和25.4%。这种结构可逆性的增强明显

CRediT作者贡献声明

杨金明：撰写——初稿、方法论、数据管理。江浩：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取。江海深：数据管理。李一然：实际样品准备、数据管理。张凯：数据管理。张双：方法论。郑飞：数据管理。梅一鸣：实验研究。罗先平：监督、项目管理。刘玉辉：撰写——审阅与编辑、监督、DFT模拟。所有作者均讨论了结果并对此进行了评论

数据可用性

本文研究未使用任何数据。

未引用的参考文献

Huo等人，2024；Kresse和Furthmuller，1996；Li等人，2024；Monkhorst和Pack，1976；Darling，2024；Zhang等人，2024；Zhang等人，2024；Zhong等人，2021

CRediT作者贡献声明

杨金明：撰写——初稿、实验研究、数据管理。江浩：撰写——初稿、方法论、实验研究。江海深：撰写——审阅与编辑。李一然：实验研究。张凯：方法论、实验研究。张双：方法论、实验研究。郑飞：数据管理。梅一鸣：数据管理。罗先平：资金获取。刘玉辉：撰写——审阅与编辑、监督。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

刘玉辉报告称获得了中国国家自然科学基金的支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（22566002, 22466006）、江西省重点学科学术和技术带头人培养计划（20225BCJ23020, 20232BCJ23097）以及国家铀资源勘查-开采与核遥感重点实验室（2025QZ–YZZ–01, 2024QZ–TD–16）的支持。