发布时间：2026-11-05 阅读次数：11 来源：环境学院
近日，中国科学技术大学环境学院在页岩气废水高选择性电化学提锂研究领域取得新进展，相关研究以“Highly Selective Lithium Extraction from Shale Gas Wastewater Using Al- and F-Doped LiMn2O4 Electrode in Rocking-Chair Capacitive Deionization”为题发表于Environmental Science & Technology。研究通过铝、氟协同改性锰酸锂电极，实现了高盐废水中锂离子的高选择性、低能耗分离。
页岩气废水具有锂资源回收价值，开发高效提锂技术有望拓展锂资源供给途径，促进高盐废水资源化利用。然而，废水中锂浓度低、竞争离子含量高，使选择性提锂面临挑战。尖晶石型锰酸锂具有适于锂离子嵌入与脱出的三维通道，但循环过程中的晶格畸变与锰溶出易导致性能衰退。因此，兼顾离子选择性与循环稳定性，是提升电化学提锂性能的关键。
本工作通过固相合成与后续氟化制备LMO-Al-F电极，并用于摇椅式电容去离子体系。周期性电流反转驱动两侧电极交替嵌锂与脱锂，实现锂的捕获与释放。在锂、钠、镁摩尔比为1∶100∶1的模拟废水中，锂吸附容量达到9.54 mg/g，锂/钠和锂/镁分离因子分别达到2216和1509，电池单元提锂能耗降至4.21 Wh/mol Li。真实废水的实验室测试中，锂去除率约为96.2%，钠、镁、钾、钙去除率均低于3%。在含竞争离子的模拟废水中循环100次后，电极仍保持约78%的初始锂吸附容量。原位拉曼光谱与理论计算表明，铝改性有助于收缩并稳定尖晶石骨架，含氟物种富集于近表面，两者协同改善界面电荷传递，促进锂离子传输并提高钠、镁离子的晶格迁移阻力。基于设定情景的技术经济分析与生命周期评价还显示，该体系具有降低运行成本及部分环境影响的潜力。该研究为高盐废水选择性提锂提供了电极设计思路。
图. 铝氟协同改性锰酸锂电极的摇椅式选择性提锂原理示意图
该研究得到了国家自然科学基金面上项目、安徽省科技创新攻坚计划、中国科学技术大学-中国科学院赣江创新研究院－中国稀土集团-赣州市人民政府联合基金、先进环境装备与污染防治技术全国重点实验室自主攻关等项目资助。
