摘要
随着以锂电池为储能设备的新能源汽车的迅猛发展，全球对锂资源的需求日益增加，而中国的锂资源 80%以上储存在盐湖卤水中，且具有镁锂比高，开发技术难度大的特点。目前已经开发的盐湖卤水提锂工艺主要包括沉淀法、吸附法、萃取分离、膜分离法等，其中电控离子交换技术(ESIX)是近年备受关注的一种离子分离回收技术。电控离子交换技术结合了电化学技术与离子交换技术, 以电极电位为推动力，实现离子在电活性材料层中可逆的置入与释放，具有高选择性、痕量提取等特点，但在ESIX过程中需要频繁切换液路，操作比较复杂。电控离子选择渗透膜技术(ESIP)是在 ESIX 技术的基础上发展出来的一种连续离子分离回收技术，已实现对Pd2+、Cu2+、Ga2+等离子的连续分离回收。ESIP技术将ESIX技术与电渗析技术相结合，通过给膜电极交替施以氧化还原电位控制离子的置入与释放,并在辅助外加电场的作用下使锂离子定向迁移通过膜进入浓缩室，以实现分离离子的目的，具有操作简单，环境友好的优点。因此本研究将使用ESIP技术用于盐湖卤水提锂。 ESIP技术应用于盐湖卤水提锂的核心是制备电控锂离子选择渗透膜（ESIPM）。本研究通过多层组装制备了ESIPM复合膜，以聚丙烯腈超滤膜PAN为基膜，以压滤在基膜上的CNTs膜充当集流体，然后将以锰酸锂为电活性锂离子交换材料，导电炭黑为导电剂，聚乙烯醇与聚丙烯酸为粘结剂制备的电活性浆料刮涂在CNTs层上，经热交联后制得电控锂离子选择渗透膜。实验结果显示，制备的 ESIPM 复合膜兼具良好的离子，电子传输性能，具有良好的电化学活性与循环稳定性，为使在 ESIP技术实现对锂离子的连续分离回收奠定了重要基础。 将制备的ESIPM复合膜组装在ESIP系统中，在Mg2+/Li+=1的盐水中研究了ESIPM复合膜在ESIP过程的离子迁移规律。发现在ESIP过程中离子迁移可分为吸附、吸附渗透、脱附、脱附渗透四个过程，由于其吸附渗透通量为零，脱附选择性约等于其吸附选择性，故 ESIP 系统的选择性为吸附选择性与脱附渗透选择性的乘积。ESIPM 膜在ESIP系统中对 Li+的选择性为2.0，是 ED系统的 2.4倍，Li+通量为 0.022 mol m-2 h-1 ，较之于电渗析（ED）系统提高了 13倍。表明在 ESIP系统中，利用 ESIPM在高低电位下对锂离子往复置入与脱出，发挥其“离子泵效应”，加速了离子的定向传输。在Mg2+/Li+=20 的模拟盐湖卤水研究所制备膜的提锂性能，实验结果显示，ESIPM 的Li+/Mg2+选择性为4.4，是商用离子交换膜CIMS的2.2倍，在高镁锂比盐湖卤水中的更高选择性表明ESIP技术更适用于高镁锂比盐湖卤水。
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