热还原氧化石墨烯膜中意外的锂选择性吸收

文章亮点

首次使用热还原氧化石墨烯选择性吸附、提取锂离子，且通过循环吸附实验证明了还原氧化石墨烯膜在工业提锂领域具有出色的应用价值。

热还原氧化石墨烯膜中意外的锂选择性吸收

研究背景

锂，被誉为是“推进世界前进的金属”，在科学和工业进程中发挥着越来越重要的作用，广泛应用于锂离子电池、 存储设备、合金技术、玻璃陶瓷和能源化工等领域。世界上几乎60%的锂资源都存在盐湖卤水中，因此盐湖被认为是锂的主要来源，废弃锂离子电池则被认为是锂的次要来源。然而，从盐湖卤水或废弃锂离子电池浸出液中有效分离锂仍然是一个巨大的挑战。盐湖卤水中，Mg²⁺与Li⁺物化性质相近，且镁锂比通常较高（从35：1到1837：1），这使得从盐湖中分离提取锂非常困难；此外，从废弃锂离子电池浸出液中回收锂的方法通常是溶剂萃取或沉淀法，会导致锂的严重损耗。目前锂资源提取技术耗时耗力、成本高且效率低，因此迫切需要开发出更合适的提取锂的方法来解决当前提取、回收锂工艺的局限性。

内容简介

华东理工大学方海平教授团队在实验上使用还原氧化石墨烯（rGO）膜实现了高效的Li⁺选择性提取。在混合离子溶液（Li⁺、Mg²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺ 、Fe²⁺）中，rGO膜对Li⁺的吸附能力大约为Mg²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺ 、Fe²⁺等离子吸附能力的5倍，这使得rGO膜具有选择性吸附Li⁺的能力。更有趣的是，通过6次循环吸附分离实验后，500：1的高镁锂比溶液能有效的降低为0.7：1的低镁锂比溶液，实验证明了rGO膜在提锂领域有出色的应用价值。理论分析表明，当水合阳离子吸附进入rGO膜内的受限空间时，会受到阳离子-π相互作用和空间位阻效应，而rGO膜出色的Li⁺选择性吸附能力归因于阳离子-π相互作用和空间位阻效应之间的竞争。

研究意义和重要性

目前，碳中和和碳达峰非常热门且重要，而要解决双碳问题，无论是储能装置还是电动汽车都离不开锂离子电池。因此，锂的提取和回收在实现双碳目标的国家战略中具有重要意义。该工作提出了一种新的选择性提取Li⁺的方法，解决了当前锂资源开发工艺上的局限性，为还原氧化石墨烯膜在盐湖提锂和废弃锂离子电池浸出液中回收锂等领域的应用，建立了开创性的道路，并为锂资源及其它金属资源的可持续发展，提供了具有可行性的方案。

原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 29 September 2021; 

online 27 October 2021

EXPRESS LETTER

Unexpected Selective Absorption of Lithium in Thermally Reduced Graphene Oxide Membranes

Jie Jiang (江杰), Liuhua Mu (木留华), Yu Qiang (强羽), Yizhou Yang (杨一舟), Zhikun Wang (王志坤), Ruobing Yi (伊若冰), Yinwei Qiu (裘银伟), Liang Chen (陈亮), Long Yan (闫隆), and Haiping Fang (方海平)

Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (11): 116802