本期分享發表在Advanced Functional Materials雜志上題目為“Superhydrophilic Solar Evaporator Combined with Ion-Selective Membrane for High-Efficiency Lithium Extraction”的研究文章。

Part 1 文章簡介

受自然蒸騰作用誘導的選擇性水和營養吸收過程的啟發，一種由太陽能蒸發驅動的鋰提取方法已被開發出來，該方法通過將界面蒸發與離子選擇性膜分離相結合，為節能、低成本的鋰開采提供了另一種途徑。然而，由于傳統太陽能蒸發器的鹽垢和空化問題，實際實施起來具有挑戰性。為了解決這些問題，設計了一種嵌入高保水聚合物的超親水太陽能蒸發器，以產生超高負壓（-59 MPa），實現持續的水流并抑制鹽結晶。在一次太陽輻射（1 kW m-2）下，蒸發器顯示出2.43 kg m-2 h-1的高水蒸發速率；然后它促進了Li +的輸送，導致蒸發器中鋰的富集。通過優化基于聚酰胺 (PA) 的離子選擇性膜，太陽能驅動的鋰提取系統展現出卓越的 Li+/Mg2+ 分離性能，分離因子高達 15.6。戶外實驗表明，該系統在處理鹽湖鹵水時具有強大的鋰提取性能，因為超親水蒸發器能夠保持水合狀態，防止空化并確保離子持續富集。這項研究推進了太陽能海水淡化和選擇性離子回收的材料設計，為應對全球鋰供應挑戰提供了一種有希望的解決方案。

? Part 2 主要圖表

圖1是用于鋰提取的太陽能驅動膜分離設計。a) 太陽能驅動鋰提取裝置示意圖。超親水太陽能蒸發器促進水蒸發并產生負壓，促使水和Li+持續向上流動。離子選擇性膜允許Li+快速擴散，同時抑制Mg2+。b) 傳統蒸發器示意圖顯示了蒸發過程中易受鹽垢和空化現象的影響。c) 具有更高保水能力的超親水蒸發器示意圖有效避免了蒸發過程中的空化現象。

圖2是PVA/PPy 太陽能蒸發器的特性。a) 原始三聚氰胺海綿的 SEM 圖像。b、c) PVA/PPy 蒸發器的 SEM 圖像。圖 2b 中的插圖為 PPy 在交聯 PVA 網絡中的分布示意圖。d) PVA/PPy 蒸發器表面的動態水接觸角。插圖為特定時刻的瞬時 CA。e) PVA/PPy 和原始海綿蒸發器的光吸收光譜。插圖為 PVA/PPy 蒸發器的照片。f) PVA/PPy 蒸發器在 1 kW m?2 強度輻照下的紅外圖像。g) PVA/PPy 蒸發器、原始海綿和水在 1 kW m?2 強度輻照下隨時間變化的表面溫度。 h）PVA/PPy蒸發器、PVA蒸發器和水的熱流-溫度曲線。插圖分別為PVA/PPy蒸發器、PVA蒸發器和水的蒸發焓。i）在1 kW m?2強度的輻照下，水的質量隨時間的變化。

圖3是PA 膜的制備和表征。a) PA 膜制備工藝示意圖。b) SWCNT 薄膜支撐的 PA 膜的表面 SEM 圖像。c) SWCNT 薄膜支撐的 PA 膜的橫截面 SEM 圖像。d) PA 膜的 XPS 光譜和相應的交聯度（插圖）。e) PA 膜對不同鹽（LiCl、MgCl2、CaCl2）的排斥作用。

圖4是太陽能驅動的水蒸發和鋰提取性能。a) 太陽能驅動的鋰提取裝置示意圖。b) 在 1 kW m?2 下，使用和不使用 PA 膜的鋰提取系統中純水的蒸發速率。c) PVA/PPy 蒸發器中的 LiCl 濃度隨時間的變化。進料為混合鹽溶液，MgCl2/LiCl 質量比為 10，總鹽度為 10.0 g L?1。d,e) MgCl2/LiCl 質量比對太陽能驅動的鋰提取的影響。進料溶液為 MgCl2-LiCl 混合物，鹽度固定為 5.0 g L?1，MgCl2/LiCl 質量比不同。在一次太陽照射下測量了進料溶液和蒸發器中的水蒸發速率、LiCl/MgCl2 分離因子和 LiCl/MgCl2 比率。f,g) 鹽濃度對太陽能驅動的鋰提取的影響。進料溶液為MgCl2-LiCl混合物，MgCl2/LiCl的質量比固定為10，鹽度各不相同。在單次太陽照射下測量了水蒸發速率、LiCl/MgCl2分離系數和LiCl通量。h) 太陽能驅動鋰提取過程中水的質量隨時間變化。插圖為PVA/PPy蒸發器在特定時刻的上表面照片。i) PVA/PPy太陽能蒸發器的可重復使用性測試。在為期7天的連續太陽能驅動鋰提取測試中測量了水蒸發速率，測試期間每天照射8小時。

圖5是模擬鹽湖鹵水中太陽能驅動鋰提取。a) 模擬鹽水溶液和 PVA/PPy 蒸發器中 NaCl、LiCl、MgCl2 和 CaCl2 的質量比。b) 模擬鹽水溶液和 PVA/PPy 蒸發器中 Mg2+/Li+ 質量比的變化。c) 在不同模擬鹽湖鹵水中太陽能驅動鋰提取的鹽水溶液和蒸發器中 Mg2+/Li+ 質量比及相應的分離因素。d) 添加 Na2CO3 后收集的沉積物的 XRD 圖譜。插圖是收集的沉積物的照片。

圖6是室外實驗。a) 室外實驗太陽能驅動鋰提取系統照片。b) 蘇州大學校園室外實驗期間（8:30 至 16:30）水蒸發速率。c) 自然光照下太陽能驅動鋰提取系統的穩定性測試。在連續5天、每日光照8小時的太陽能驅動鋰提取試驗中，測量了LiCl生產率和分離因子。進料溶液為模擬的烏尤尼鹽沼鹽水，鹽度為5.0 g·L?1。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202507397

引用：Cao, Xue, et al. "Superhydrophilic Solar Evaporator Combined with Ion-Selective Membrane for High-Efficiency Lithium Extraction." Advanced Functional Materials (2025).

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