聚电解质多层纳滤膜分离含锂多盐-有机复杂体系的关键技术与回收应用

本研究针对锂资源回收中多盐-有机复杂体系分离难题，创新性采用聚电解质多层（PEM）中空纤维纳滤膜技术，通过原位逐层（LbL）沉积构建PDADMAC/PSS8 膜，实现锂离子电池（LIB）湿法破碎液中锂的高效富集（负锂截留率-56%）及多价离子/有机物同步分离（硫酸盐截留率97%），为复杂工业废水的锂回收提供新策略。

　　

随着全球锂资源需求激增（年增长率20%），传统盐湖提锂面临镁锂分离难题（Mg²⁺
/Li⁺
质量比高达1438），而废旧锂离子电池（LIB）回收过程中湿法破碎液存在多价离子与有机污染物共存的复杂体系，现有分离技术难以兼顾效率与经济性。德国亚琛工业大学团队在《Desalination》发表研究，首次将聚电解质多层（PEM）中空纤维纳滤膜应用于LIB湿法破碎液的真实体系分离，通过PDADMAC/PSS₈
膜实现锂的选择性富集与多组分同步分离。

研究采用原位逐层（LbL）自组装技术构建PEM膜，结合纯水渗透性（12 LMH/bar）、分子量截留（269 Da）和zeta电位表征膜性能。通过模拟盐湖卤水（含Mg²⁺
/Li⁺
）和真实LIB湿法破碎液（含F^-
/SO₄
^2-
及有机溶剂）的截留实验，系统评估膜分离效能。

LIB回收液组分分析
湿法破碎NCM 811电池模块产生的溶液含Li⁺
（1.1 g/L）、Na⁺
（1.4 g/L）、F^-
（0.3 g/L）及有机电解液降解产物，pH为8.0，为后续膜分离提供真实体系基准。

膜基础性能表征
PDADMAC/PSS₈
膜展现高渗透性（12 LMH/bar）与紧密孔径（MWCO 269 Da），表面负电荷（-15 mV）决定其阴离子选择性。单盐实验中，SO₄
^2-
截留率（97%）显著高于F^-
（5%），验证电荷排斥主导机制。

阴离子分离性能
在模拟LIB回收液（NaF/Na₂
SO₄
）中，膜对SO₄
^2-
保持97%截留率，F^-
截留仅5%，Cl^-
/SO₄
^2-
选择性达33。真实溶液测试中，尽管存在有机物干扰，该趋势依然稳定，证明膜抗污染能力。

阳离子分离与锂富集
模拟盐湖卤水（Mg²⁺
/Li⁺
=24）中，膜呈现负锂截留率（-56%）与高镁截留（82%）。多价离子（如Ca²⁺
）存在时，静电屏蔽效应增强锂负截留，实现渗透侧锂浓度提升2.5倍，为后续沉淀工艺创造有利条件。

该研究突破性地将PEM膜技术应用于含有机污染的真实工业废水体系，阐明离子电荷密度与水合半径对分离的协同影响。PDADMAC/PSS₈
膜通过可调控的表面电荷特性，同步解决LIB回收中多价阴离子（SO₄
^2-
）截留与锂选择性富集难题，其负截留现象为高镁锂比体系（如盐湖卤水）提供新思路。研究成果为复杂锂资源回收体系的膜工艺设计奠定理论基础，推动LbL技术从实验室向工业应用的转化。