SPT | 通过中间水调节进行光热去溶剂化，同时进行锂回收和脱盐

Part.1

研究背景

全球电气化与脱碳化发展使锂资源战略地位持续提升，但盐湖与海水锂资源的传统提取技术存在化学消耗大、周期长、淡水依赖度高等瓶颈，且多数富锂盐湖地处干旱半干旱地区，淡水短缺进一步制约开发；太阳能界面蒸发技术为同步提锂与产淡水提供了绿色路径，然而现有光热提锂体系仅停留在宏观传质与热力学优化层面，将光热蒸发与离子吸附视为简单物理耦合，未从微观层面破解锂离子脱溶剂化能垒过高的核心问题，严重限制吸附性能与材料理性设计。

本文以莲藕淀粉 / 聚丙烯酰胺为骨架、原位聚合聚吡咯并负载钛酸制备出 HLPP 复合水凝胶蒸发器，提出 局部光热脱溶剂化（LPD）新机制；通过调控中间水微环境与界面热局域化效应，大幅降低锂离子脱溶剂化能垒，经 DFT 计算证实离子交换能从 - 4.8 eV 优化至 - 2.8 eV；实验表明，1 倍太阳光下材料锂吸附容量达 84 mg g-1（为暗态两倍），水蒸发速率 2.29 kg m-2 h-1，产水符合 WHO 饮用水标准，在高镁锂比卤水中兼具高选择性与循环稳定性，为离网型锂资源回收与海水淡化协同发展提供了可持续方案。

相关工作以“Photothermal de-solvation via intermediate water regulation for simultaneous lithium recovery and desalination”为题，发布在《Separation and Puriffcation Technology》期刊上。（中科院二区，JCR一区，IF=9）

Part.2

研究数据

图1. (a) HLPP制备图。扫描电子显微镜图像，(b) LTO(c) HTO。(d) HLPP的横截面SEM图像。(e) C，O，N和Ti元素的EDX光谱。(f) LTO，HTO和HLPP的XRD图像。(g) LRS的FTIR光谱，PAM、HLPP和HTO。

图2. (a) Py聚合过程照片。(b) HLPP的接触角图像。(c) HLPP的拉曼光谱。(d) HLPP的DSC曲线。(e) HLPP的饱和含水量。

图3. (a) 太阳能驱动蒸发测量装置示意图。(b) HLPP的UV vis NIR吸收光谱。(c) 1个太阳下蒸发面和水体随时间的温度演变曲线。(d) HLPP在不同时间间隔的红外热成像。

图4. (a) 不同太阳辐射水平下HLPP的质量损失曲线。(b) 不同太阳辐射水平下的蒸发率。(c) 纯水和HLPP的蒸发速率和能量转换效率的比较。(d) 盐溶解过程的长期循环稳定性测试和数码照片。

图5. (a) 吸附动力学曲线。(b) 在连续Li提取期间的实时溶液蒸发速率。(c) 不同光强下的伪二阶动态拟合。(d) 通过Langmuir和Friedrich模型拟合吸附等温线。(e) 吸附增强因子 (EF) 与时间和太阳通量的热图像。(f) 范德霍夫图。(g) Li的理论能垒。(h) 吸附的Li的CDD图。(i) HLPP接口的ELF分析。

图6. (a) 用于同步Li提取和淡水收集的室外太阳能装置的示意图。(b) 室外10次吸附脱附连续循环试验。(c) 蒸发水中金属离子浓度的ICP-OES分析。(d) 蒸发水的TDS检测。(e) 高Mg/Li比卤水中Li对竞争离子的选择性吸附性能的雷达图。(f) HLPP的Li吸附容量和水分蒸发速率的比较图。

Part.3

研究结论

在本研究中，通过在生物质基互穿网络水凝胶中建立局部光热脱溶剂化机制，克服了Li+界面脱溶剂化所面临的高热力学能垒。通过构建富含中间水分子的微环境并结合界面热局域化效应，有效削弱了Li+的水合壳层。通过密度泛函理论（DFT）对离子交换能的定量分析显示，其值从-4.8 eV优化至-2.8 eV。实验结果表明，在1太阳光照条件下，HLPP的Li+吸附容量为84 mg g-1，约为暗态下的两倍。蒸发速率达到2.29 kg m-2 h-1。此外，在实际卤水测试中表现出的优异选择性，以及产出的符合世界卫生组织标准的淡水，证实了该系统的实际可行性。本研究不仅验证了通过微观调控加速宏观质量传递的热力学策略，还为离网关键矿物回收与海水淡化技术的协同发展提供了新思路。

Part.4

DOI：10.1016/j.seppur.2026.138123

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