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  近日，蘇州大學靳健教授、江林教授研究團隊在Nature Communications 上發(fā)表題為Solar-driven membrane separation for direct lithium extraction from arti?cial salt-lake brine的研究論文。研究人員受紅樹林選擇性離子吸收和鹽分分泌過程的啟發(fā)，設計了一種太陽能驅動的膜分離過程。利用離子分離膜和太陽能蒸發(fā)器的協(xié)同作用，Li⁺在蒸發(fā)器表面不斷選擇性富集，并且可以在蒸發(fā)器的表面以LiCl的形式結晶出來，為鹽湖提鋰提供了一種清潔、高效的方式。

  鋰享有 “21世紀能源金屬”的美譽，在能源領域發(fā)揮著不可替代的作用，因此鋰資源的開發(fā)具有重要戰(zhàn)略意義。在陸地上70%的鋰資源儲存在鹽湖鹵水中，然而鹵水中的競爭離子（如Mg²⁺）濃度很高，極大增加了鹽湖提鋰的難度。近年來納濾膜鹽湖提鋰技術得到了廣泛關注，與離子交換、電滲析和溶劑萃取等傳統(tǒng)離子分離技術相比，納濾膜分離技術具有更高的分離效率。在納濾分離過程中，由于鹵水的滲透壓非常高，不能直接進行納濾分離，通常在預處理階段用大量淡水將高濃度鹵水稀釋10-20倍后再進行分離。納濾分離獲得富Li⁺溶液后，還需要采用加熱蒸發(fā)或高壓反滲透等方式進一步濃縮以獲得固體鋰產(chǎn)品。因此，需要繼續(xù)探索更為高效、低能耗的鹽湖提鋰方式。

圖1 （a）泌鹽植物紅樹林照片，（b）紅樹林選擇性離子吸收和鹽分分泌過程示意圖，（c）太陽能驅動膜分離過程的示意圖。

  在本研究中他們采用原位聚合的方式在PES多孔膜表面生長出PANI納米線陣列，在紫外-可見光范圍光吸收率高達96%。PANI光熱層可以將太陽光轉換成熱，促進水的蒸發(fā)。在光強為3 kW m^-2的條件下，水蒸發(fā)速率為3.13 kg m^-2 h^-1。在水的蒸發(fā)過程，由于水分子之間的相互作用，在PES孔道內可以產(chǎn)生大約12.3 bar的毛細力，該作用力可以驅動水和離子透過PA分離層。以哌嗪（PIP）和均苯三甲酰氯（TMC）作為反應單體，采用界面聚合方法制備了PA離子分離膜，并調控了PA膜的分離孔徑，以實現(xiàn)高效Li⁺/Mg²⁺分離。

  蘇州大學材化部張慎祥副教授為論文的第一作者，靳健教授和江林教授為該論文的共同通訊作者。該研究工作得到科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金的資助。

  原文信息：Solar-driven membrane separation for direct lithium extraction from arti?cial salt-lake brine

Shenxiang Zhang, Xian Wei, Xue Cao, Meiwen Peng, Min Wang, Lin Jiang*, Jian Jin*

Nat. Commun. 2024, 15, 238

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-44625-w

團隊介紹

  靳健，蘇州大學特聘教授，博士生導師，國家杰出青年科學基金獲得者。1996年和2001年在吉林大學獲得學士和博士學位，隨后在日本東京大學從事博士后研究，2004-2009年在日本物質材料研究機構先后任特別研究員、主任研究員，2008年入選中國科學院“百人計劃”，2009-2020年任中科院蘇州納米所研究員，2017年加入蘇州大學。致力于高分子膜材料、仿生超浸潤膜及納米孔材料的設計制備及在海水脫鹽、離子和小分子分離、水凈化、二氧化碳及燃料氣體純化、生物醫(yī)用分離等領域的研究。在Nat. Mater.、Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Proc. Natl. Acad. Sci.等期刊發(fā)表論文180多篇，論文共被引用18000余次，H-index：65，i10-index：141。獲授權發(fā)明專利28件，PCT專利2件。入選2020、2021、2022年度全球前2%頂尖科學家（斯坦福大學）；連續(xù)入選全球頂尖前10萬科學家（全球學者庫）。研究成果獲得江蘇省科學技術獎一等獎（排名第一），中國化工學會基礎研究成果獎一等獎（排名第一）。榮獲科技部中青年科技創(chuàng)新領軍人才、中組部“萬人計劃”、全國巾幗建功標兵、江蘇省高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)引進人才、江蘇省杰出青年等稱號。并獲中科院朱李月華優(yōu)秀教師獎。承擔基金委重點項目、科技部重點研發(fā)計劃（子課題）、江蘇省重大產(chǎn)學研合作項目等國家省級科研項目二十多項，并作為科研骨干參與基金委基礎科學中心項目。擔任Desalination、J. Membr. Sci. Lett、Adv. Membr.、《膜科學與技術》、《水處理技術》期刊編委，《高等學校化學學報》期刊青年執(zhí)行編委。

  研究方向：功能高分子復合材料；高分子/無機微孔復合材料；多孔膜材料；仿生超浸潤膜；納米多孔分離膜及氣體、離子分離應用研究。

  課題組主頁：http://www.film-sinano.com/

團隊招聘

  靳健教授課題組擬招聘2-3位具有化學/材料合成背景的博士后（年薪高達30萬元），常年招收2-3名優(yōu)秀博士生。請申請者將個人簡歷等材料發(fā)送給靳老師（jjin@suda.edu.cn），郵件以“職位申請+姓名”命名。