刘承斌和唐艳红教授：高选择性回收锂资源的多孔锂离子筛纳米纤维

锂离子电池(LIB)由于能量密度高，使用寿命长，绿色环保等优点被广泛应用在无线通信设备，便携式仪器以及家庭和工业应用中。随着电动汽车的快速发展，锂离子电池的需求量将会进一步增大。为了电动汽车产业的可持续发展，锂的回收是必要的也是急需解决的问题。盐湖锂资源占世界锂储量的69%，从卤水中回收锂越来越受到人们的重视。但是，盐湖卤水中锂离子与其他金属离子的很难进行高选择性分离。目前，锂离子分子筛(LIS)在锂的回收方面得到了广泛的关注。然而，合成高稳定性、高选择性和高吸附能力的LIS仍然是一个巨大的挑战。

近日，湖南大学刘承斌教授和唐艳红教授在期刊《Chemical Engineering Journal》上共同发表题目为“Porous Lithium Ion Sieves Nanofibers: General Synthesis Strategy and Highly Selective Recovery of Lithium from Brine Water”的文章，介绍了采用静电纺丝和煅烧相结合的方法制备了一系列多孔钛基LIS纳米纤维。煅烧形成的多孔结构增加了吸附位点的暴露，显著加快了Li⁺从骨架中的空位到空位的脱出和嵌入。所制备的样品对Li⁺均具有良好的吸附能力和高选择性。为了验证这一概念，系统地研究了由电纺多孔Li₄Ti₅O₁₂纳米纤维(P-LTO-NF)转化而来的多孔H₄Ti₅O₁₂纳米纤维(P-HTO-NF)在锂回收中的应用。P-HTO-NF具有较好的吸附能力(59.1 mg/g)，接近理论值(63.77 mg/g)。结果表明，该体系稳定性好，钛溶出度低，具有较好的重复使用性，6次循环后对Li⁺的吸附能力保持在86.5%。因此，该研究工作为多孔LIS的合成提供了一种通用的策略，将推动此类材料向锂离子电池和锂回收等高性能应用领域发展。

图1 (a)煅烧前纳米纤维的SEM图像。(b) P-LTO-NF的SEM图像(插图为放大后的SEM图像)。(c) P-HTO-NF的SEM图像。(d) P-LTO-NF的TEM图像。(e, f) P-LTO-NF中Ti和O的元素分布图。(g) P-LTO-NF的HRTEM图像(插图为FFT模式)。

图2 P-HTO-NF材料由在(a) pH=11和(b) pH=8的锂离子吸附等温线。最初Li+浓度范围为25 ~ 1000 mg/L (S/L = 5 mg/5 mL, T = 288，298、308 K)。

图3 P-HTO-NF, P-HZTO-NF和PHFTO-NF (pH = 8, S/L = 20 mg/20 mL, T = 288, 298, 308 K, C0 = 40 mg/L，吸附时间=12h)的平衡吸附量。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122407

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