钒酸根插层锂铝层状双氢氧化物吸附剂提升硫酸盐型卤水中锂离子提取的循环性能研究

（编辑推荐）本研究通过原位插层VO3?和V2O74?阴离子，显著抑制了锂铝层状双氢氧化物（LDHs）吸附剂在脱附过程中的结构坍塌，使其在硫酸盐型西台吉乃尔盐湖卤水（Li+ 800 mg·L?1，SO42? 9.56 g·L?1）中的初始吸附容量达14.96 mg·g?1，Li+/Mg2+分离因子（α）提升至192.42，100次循环后颗粒吸附剂容量保持10.36 mg·g?1，为低品位卤水锂资源高效提取提供新策略。

　　

引言

随着动力电池需求激增，全球锂资源供给面临严峻挑战。盐湖卤水占锂资源总量的60%，但其低品位特性（如高Mg²⁺/Li⁺比或高SO₄^2?含量）制约传统铝基锂吸附剂（LDHs）的应用。LDHs通过[LiAl₂(OH)₆]⁺层与Cl^?的静电作用实现Li⁺选择性吸附，但实际容量（4–8 mg·g^?1）远低于理论值（30 mg·g^?1），主因脱附阶段易转化为不可逆的α-Al(OH)₃（三水铝石）。

结果与讨论

结构设计与表征

通过共沉淀法合成钒插层LDHs（LDHs-V_x，x=3,5,7），XRD显示（003）晶面间距从7.7 ?（LDHs）增至7.78 ?（LDHs-V5）。Raman光谱证实VO₃^?（963 cm^?1）和V₂O₇^4?（762 cm^?1）共存。HAADF-STEM和EELS分析表明V⁵⁺以+5价态锚定于层间，通过O–H?O氢键增强层间作用力。

吸附性能突破

在800 mg·L^?1 LiCl溶液中，LDHs-V5粉末的吸附容量达12.94 mg·g^?1（10分钟平衡），是未改性LDHs的1.6倍。DFT计算揭示VO₃^?插层使Li⁺吸附能垒降低，而V₂O₇^4?通过?4高价提升层间结合能（1.91 |e|）。实际盐湖卤水测试中，LDHs-V5颗粒的初始容量达26.68 mg·g^?1，100次循环后仍保持10.36 mg·g^?1，α_Li/Mg高达192.42。

机制解析

钒阴离子的双重作用：VO₃^?主导吸附动力学，V₂O₇^4?抑制结构坍塌。脱附过程中，V⁵⁺通过稳定Al-O₆八面体骨架阻止三水铝石转化；吸附阶段，其记忆效应优先捕获Li⁺（水合半径0.68 ?）。

实验方法

采用PVC-DMF粘结剂制备颗粒化吸附剂，液固比200条件下，40°C吸附/脱附。ICP-OES和IC分别定量阳/阴离子，XPS证实表面活性氧（O_sur）占比提升至8.28%（LDHs-V5）。

结论

该研究首次阐明阴离子插层对LDHs骨架强度的调控作用，为低品位卤水提锂提供了兼具高容量（>26 mg·g^?1）和长循环稳定性（100次）的解决方案，助力全球锂资源可持续开发。