SPT | 通過中間水調節進行光熱去溶劑化，同時進行鋰回收和脫鹽

Part.1

研究背景

全球電氣化與脫碳化發展使鋰資源戰略地位持續提升，但鹽湖與海水鋰資源的傳統提取技術存在化學消耗大、周期長、淡水依賴度高等瓶頸，且多數富鋰鹽湖地處干旱半干旱地區，淡水短缺進一步制約開發；太陽能界面蒸發技術為同步提鋰與產淡水提供了綠色路徑，然而現有光熱提鋰體系僅停留在宏觀傳質與熱力學優化層面，將光熱蒸發與離子吸附視為簡單物理耦合，未從微觀層面破解鋰離子脫溶劑化能壘過高的核心問題，嚴重限制吸附性能與材料理性設計。

本文以蓮藕淀粉 / 聚丙烯酰胺為骨架、原位聚合聚吡咯并負載鈦酸制備出 HLPP 復合水凝膠蒸發器，提出 局部光熱脫溶劑化（LPD）新機制；通過調控中間水微環境與界面熱局域化效應，大幅降低鋰離子脫溶劑化能壘，經 DFT 計算證實離子交換能從 - 4.8 eV 優化至 - 2.8 eV；實驗表明，1 倍太陽光下材料鋰吸附容量達 84 mg g-1（為暗態兩倍），水蒸發速率 2.29 kg m-2 h-1，產水符合 WHO 飲用水標準，在高鎂鋰比鹵水中兼具高選擇性與循環穩定性，為離網型鋰資源回收與海水淡化協同發展提供了可持續方案。

相關工作以“Photothermal de-solvation via intermediate water regulation for simultaneous lithium recovery and desalination”為題，發布在《Separation and Puriffcation Technology》期刊上。（中科院二區，JCR一區，IF=9）

Part.2

研究數據

圖1. (a) HLPP制備圖。掃描電子顯微鏡圖像，(b) LTO(c) HTO。(d) HLPP的橫截面SEM圖像。(e) C，O，N和Ti元素的EDX光譜。(f) LTO，HTO和HLPP的XRD圖像。(g) LRS的FTIR光譜，PAM、HLPP和HTO。

圖2. (a) Py聚合過程照片。(b) HLPP的接觸角圖像。(c) HLPP的拉曼光譜。(d) HLPP的DSC曲線。(e) HLPP的飽和含水量。

圖3. (a) 太陽能驅動蒸發測量裝置示意圖。(b) HLPP的UV vis NIR吸收光譜。(c) 1個太陽下蒸發面和水體隨時間的溫度演變曲線。(d) HLPP在不同時間間隔的紅外熱成像。

圖4. (a) 不同太陽輻射水平下HLPP的質量損失曲線。(b) 不同太陽輻射水平下的蒸發率。(c) 純水和HLPP的蒸發速率和能量轉換效率的比較。(d) 鹽溶解過程的長期循環穩定性測試和數碼照片。

圖5. (a) 吸附動力學曲線。(b) 在連續Li提取期間的實時溶液蒸發速率。(c) 不同光強下的偽二階動態擬合。(d) 通過Langmuir和Friedrich模型擬合吸附等溫線。(e) 吸附增強因子 (EF) 與時間和太陽通量的熱圖像。(f) 范德霍夫圖。(g) Li的理論能壘。(h) 吸附的Li的CDD圖。(i) HLPP接口的ELF分析。

圖6. (a) 用于同步Li提取和淡水收集的室外太陽能裝置的示意圖。(b) 室外10次吸附脫附連續循環試驗。(c) 蒸發水中金屬離子濃度的ICP-OES分析。(d) 蒸發水的TDS檢測。(e) 高Mg/Li比鹵水中Li對競爭離子的選擇性吸附性能的雷達圖。(f) HLPP的Li吸附容量和水分蒸發速率的比較圖。

Part.3

研究結論

在本研究中，通過在生物質基互穿網絡水凝膠中建立局部光熱脫溶劑化機制，克服了Li+界面脫溶劑化所面臨的高熱力學能壘。通過構建富含中間水分子的微環境并結合界面熱局域化效應，有效削弱了Li+的水合殼層。通過密度泛函理論（DFT）對離子交換能的定量分析顯示，其值從-4.8 eV優化至-2.8 eV。實驗結果表明，在1太陽光照條件下，HLPP的Li+吸附容量為84 mg g-1，約為暗態下的兩倍。蒸發速率達到2.29 kg m-2 h-1。此外，在實際鹵水測試中表現出的優異選擇性，以及產出的符合世界衛生組織標準的淡水，證實了該系統的實際可行性。本研究不僅驗證了通過微觀調控加速宏觀質量傳遞的熱力學策略，還為離網關鍵礦物回收與海水淡化技術的協同發展提供了新思路。

Part.4

DOI：10.1016/j.seppur.2026.138123

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于把科學和技術連在一起，統稱為科學技術，簡稱科技。持續增長的科技創新離不開科研經費的支撐。