在前期研究中,苏州大学靳健教授研究团队受泌盐植物--红树林选择性离子吸收和盐分分泌过程的启发,首次提出了一种太阳能驱动的膜分离的设计。利用离子分离膜和太阳能蒸发器的协同作用,Li+在蒸发器表面不断选择性富集,并且可以在蒸发器的表面以LiCl的形式结晶出来,为盐湖提锂提供了一种清洁、高效的方式(Nat. Commun.2024, 15, 238)。然而,由于传统的多孔结构太阳能蒸发器普遍存在(1)蒸发器表面盐结垢问题;(2)当蒸发速率与水传输速率不匹配时在蒸发器内部形成空化问题。针对这些问题,本研究设计了一种嵌入高保水聚合物(PVA)的超亲水太阳能蒸发器,以产生超高负压(-59 MPa),实现持续的水流并抑制盐结晶。在光强为1 kW m-2照射下,蒸发器显示出2.43 kg m-2 h-1的高水蒸发速率;在水蒸发产生的内聚力作用下,持续驱动水和Li+透过离子分离膜,并实现Li+在蒸发器内部的富集。通过对聚酰胺 (PA)离子分离膜的结构优化,我们设计的太阳能驱动锂提取系统展现出卓越的 Li+/Mg2+分离性能,分离因子高达 15.6。长时间室外实验表明,超亲水蒸发器能保持水合作用,抑制空化并确保Li+持续富集。该系统在多种离子存在的模拟盐湖卤水中具有稳定的锂提取性能,LiCl的收集率达到600 mg m-2 d-1以上。本研究充分利用清洁、充沛的太阳能,为盐湖锂资源高效、低能耗提取提供了新思路。
