新能源的蓬勃发展极大地推动了对锂资源的需求，盐湖卤水锂资源储量丰厚，膜分离技术凭借绿色高效和模块化特点，在盐湖卤水锂分离过程中展现出显著优势，而膜工艺的创新及膜材料的开发是制约该技术发展的关键因素。青海盐湖所膜分离与熔盐储能课题组聚焦传统盐湖卤水制备LiOH技术所面临的工艺问题，深入探究双极膜电渗析(BMED)工艺传质机理与膜材料的构效关系，开发出了高效且低能耗的BMED制备电池级LiOH的工艺技术。此外，课题组针对膜材料在长期运行过程中面临的污染问题，系统剖析污染过程与污染机理的关联机制，积极开发高性能抗污染膜，专注于污染控制策略的可行性及抗污染膜材料的高效性。
针对传统盐湖卤水制备LiOH技术工艺流程长，制备能耗高，锂资源利用率和产品纯度较低等问题，引入双极膜电渗析(BMED)工艺，在机理层面阐明了卤水体系中各离子传质特点，膜堆构型及双极膜性能对BMED电流效率和LiOH转化率的影响机制，揭示了膜材料的电阻率和同离子选择性之间存在相互“制约”性，唯有在“平衡”二者的基础上方能兼顾高电流效率与高纯度LiOH产品。该工作为基于BMED过程的盐湖卤水直接制备氢氧化锂新工艺开发提供了理论基础，将推动盐湖卤水制备电池级氢氧化锂工艺的实际应用。（Sep. Purif. Technol., 349 (2024) 127875）
针对电渗析中的离子交换膜污染展开了系统的研究，特别是卤水中的Ca2+引起阳离子交换膜(CEM)上的无机结垢，深入研究了不同共存阴离子的Ca2+溶液与CEM的相互作用与污染过程、结垢机理的关联机制。该研究通过监测污染过程中淡室电导率、pH以及浓室溶液性质变化趋势，设计Ca2+吸附实验，结合DFT结合能模拟计算，深入解析污染过程中离子传质差异，膜的结构特征及表面电化学特性。研究表明Ca2+与CEM的相互作用的差异性是影响污染过程中的传质行为以及无机结垢的根本，研究成果为开发有效的Ca2+结垢污染控制策略提供理论支持。（J. Membrane. Sci., 713 (2025) 123283）
同时针对长期服役于盐湖卤水镁锂分离的纳滤（NF）膜材料进行解析，揭示了膜表面羧基含量、膜微观结构与膜污染的关联机制，通过氧化石墨烯（GO）改性NF膜的功能层，以增强膜的抗污染能力与盐湖卤水中锂的提取效率。研究表明，GO-0.002%和GO-0.01%纳滤膜表现出较低的初始污染率和更高的清洗恢复通量，且对盐湖卤水Mg²⁺的截留率为95%，Li⁺的截留率低于-28%。机理研究表明GO能有效调节PIP在界面聚合过程中的扩散速率，实现NF膜表面的条纹结构、斑点结构和图灵结构之间的转变。该工作还融合AFM探针羧基改性和吸附动力学曲线，实现Ca2+与有机物配位-络合作用的动态监测。研究成果为适用于卤水体系的高性能膜材料的开发提供科学依据。（Chem. Eng. J., 499 (2024) 156269）
青海盐湖所盐湖资源化学实验室膜分离与熔盐储能课题组专注从事膜分离材料及工艺开发，系列研究成果发表在Chem. Eng. J，Sep. Purif. Technol，J. Membrane. Sci. 等中国科学院一区TOP期刊上，成果得到了青海省自然科学基金青年项目，国家重点研发计划项目，中国科学院西部青年学者等项目支持。
文章链接：
1、Sep. Purif. Technol., 349 (2024) 127875. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.127875
2、J. Membrane. Sci., 713 (2025) 123283. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123283.
3、Chem. Eng. J., 499 (2024) 156269. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156269
双极膜电渗析膜堆构型及膜材料结构-性能关系示意图
电渗析离子交换膜污染机理研究示意图
抗污染和高选择性纳滤膜的制备
审核：年洪恩