青岛大学刘晓敏团队AFM：溶剂萃取锂的研究进展：离子液体的潜力

导读

近日，青岛大学化学化工学院刘晓敏教授团队在Advanced Functional Materials期刊上发表了题为“Research Advances in Solvent Extraction of Lithium: The Potential of Ionic Liquids”的综述长文，报道了锂提取中离子液体作为稀释剂、主萃取剂和共萃取剂的研究进展，对不同离子液体的提取行为，应用挑战以及工业前景进行了综述，为锂溶剂萃取技术中离子液体的发展和应用指明了方向。

第一作者：蒋邵怡

通讯作者：丁喆正、刘晓敏

通讯单位：青岛大学化学化工学院

正文

生活技术的进步和向清洁能源的过渡推动了锂需求的快速增长。鉴于其巨大的潜在储量和预期较低的成本，将传统的从矿物、盐水和海水中提取的一次资源与高效的二次资源回收技术相结合的策略在世界范围内得到了广泛的研究兴趣和工业关注。溶剂萃取是一种常规的分离技术，在各种与锂相关的过程中都有应用。在溶剂萃取过程中，离子液体表现出独特的行为模式，其独特的离子性质和离子交换能力为离子金属的萃取提供了理想的溶剂条件。因此，使用离子液体高效且环保提取锂成为全球研究的重要课题。

图1. 离子液体在不同领域的应用

技术创新：现有研究成果的总结与分析

由于锂资源的独特性质、传统方法的局限性以及离子液体的不同结构和功能属性，离子液体在锂的溶剂萃取中可以发挥不同的作用。不同的阴离子阳离子赋予了离子液体不同的性质，如极性、水溶性、配位能力和稳定性。这种多功能性使离子液体能够在提取过程中通过各种机制有效地提取锂，文章重点讨论了以下几种离子液体的萃取行为：

离子液体作为稀释剂

当用作稀释剂时，离子液体表现出优异的性能，如可忽略的蒸气压，升高的介电常数和广泛的化学稳定性窗口，使其具有强萃取能力和高分配系数。在溶剂萃取过程中，锂离子与萃取剂形成配合物，随后溶解在离子液体稀释剂中。通过施加各种电位，锂离子可以在离子液体稀释剂中直接纯化，从而消除了额外分离阶段的需要。实验证明，离子液体作为稀释剂在金属萃取领域具有巨大的潜力，也为相关工艺的优化和创新提供了新的视角和途径。

离子液体作为萃取剂

在研究萃取过程时，将几种典型的锂离子识别受体结合到离子液体的阳离子和阴离子组分中，对其理化性质进行精确微调，增强了与锂的相互作用。离子液体直接与锂离子相互作用，通过离子交换和配位促进转移。萃取过程改变了体系的化学平衡，增加了有机相中锂离子的分配系数。在无共萃取剂的情况下，该类功能性离子液体具有较宽的pH工作范围和较高的锂萃取效率，能减少萃取过程离子液体的损失。

离子液体作为共萃取剂

多组分协同溶剂萃取体系由于其独特的协同机制，对锂离子具有高度选择性的一步分离能力，为锂资源的绿色提取提供了新的途径。本文根据离子液体-分子萃取剂系统中的离子液体阳离子种类，分为杂环类、季胺类以及磷类离子液体，以深入研究其固有的协同萃取行为。与杂环和胺基离子液体相比，磷基离子液体协同提取锂的效果有限，没有明显的优势，但为利用离子液体溶剂提取锂的潜在策略提供了见解。在锂的提取和分离中，离子液体通过多组分协同作用提高了选择性，提供了额外的活性位点并改变了有机相性质，提高了锂的选择性和萃取效率，同时减少了杂质的共萃取。

图2. 根据不同的阳离子对离子液体进行分类

离子液体提取机制

在采用不同萃取物萃取锂的体系中，不同萃取机制的有效性取决于所采用的萃取物的特定结构特征。目前，溶剂萃取系统中离子液体参与的反应机制，包括溶剂化效应、阳离子交换、离子缔合和多重或中性机制。

在溶剂化过程中，溶剂将锂离子包裹在溶剂化壳内，从而通过降低锂离子的能垒和促进它们从水相转移到有机相来促进锂离子的提取。阳离子交换由水相中的锂离子和离子液体的阳离子之间的相互作用所驱动的。离子缔合机制在阴阳离子官能团与锂离子之间形成强的固体配位键促进锂离子的提取过程。

离子液体提取技术面临的挑战和未来发展方向

图3. 结构修饰对离子液体毒性的影响

总结

在论文的最后，作者总结了当前离子液体提取技术面临的挑战和未来发展方向。指出在利用离子液体进行锂溶剂萃取的探索中，离子液体阳离子很容易流失到水相中，并且离子液体对环境有一定的影响。因此，需要选择低毒性、可生物降解的离子液体并且在生物可降解性和长链毒性之间权衡。未来的研究需要聚焦于优化合成工艺、寻找低成本原料以及提高离子液体回收利用率，进一步降低环境影响。作者对离子液体萃取体系的成本效益进行分析，认为离子液体具有更低的原材料成本和更高的回收率，且考虑到10年以上的运营成本时更具优势。同时，作者总结了多项在环保、提取效率和操作方面具有优势的专利技术，为后续新型锂提取技术的开发提供了新的思路。

图4. 不同萃取溶剂的成本估算结果

文献详情：

Research Advances in Solvent Extraction of Lithium: The Potential of Ionic Liquids

Shaoyi Jiang, Jiahui Zhang, Kailin Diao, Xiaomin Liu, Zhezheng Ding

Adv. Funct. Mater.2025

https://doi.org/10.1002/adfm.202423566

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