中国研究团队开发流通式混合电容去离子单元 用于选择性回收锂离子

据外媒报道，华中师范大学和华中科技大学的研究人员致力于制造一种系统，通过名为混合电容去离子单元（HCDC）的特殊电化学单元，来回收锂离子。

（图片来源：azom）

在所有已知金属中，锂被视为具有最低密度的元素，广泛应用于冶金和航空领域。另外，这种金属还可用于可充电电池，应用于手机、电动汽车等。为了满足日益增长的锂需求，开发低成本锂萃取分离技术，使其具有优良的萃取率和灵敏度，具有重要意义，因为常见的锂回收技术，如吸附法、溶剂萃取法等，都存在局限性。
在大多数情况下，经典方法之一是通过溶剂萃取，使用有害的有机溶剂进行锂分离。该过程需要使用分离膜，从而增加成本，限制了吸附法的规模化应用。还有一种电容去离子法(CD)，但是这种方法不适合在含有多种离子（特别是阳离子）的水环境中回收锂离子。

混合电容去离子法（HCDI）
混合电容去离子法可以通过法拉第机制（即可逆氧化还原反应）进行收集。在该机制中，法拉第电极吸收/释放阳离子。为了克服以往锂回收的局限性，研究人员开发了一种易于操作的“一体化”电化学系统，将流动系统和所开发的混合电容去离子化装置融合在一起。
在此过程中，HCDI单元的流动通过阴离子交换膜（AEM）启动。阴离子交换膜可以防止阳离子被吸附在交流电极上。当电压保持稳定时，进入的Li+离子通过法拉第过程发生迁移，而Cl-离子被交流电极收集。在整个操作过程中，输入的水中的锂含量将减少。
为了充分提升HCDI系统的选择性锂去除性能，需要检测几个关键因素，包括外加电压、流动率和浓度。研究表明，当施加电压时，锂的吸附容量明显提高。此外，随着外加电势增加，吸附容量也随之增加。考虑到权衡能耗与吸附容量，理想的外加电压为1.0V。该过程比较稳定，离子吸附率约为90%。
结果表明，这种HCDI技术是可逆性的，可反复用于回收锂离子。
除了用于萃取锂离子，HCDI还可用于脱盐过程，预计将具有很高的离子去除率和良好的耐久性。这将有效提高电容去离子技术的效率和容量。然而，这是一项非常新颖的技术，还存在一定的缺陷，比如无法滤除病毒等有害物质，因此还需要进行大量研究。
综上所述，锂离子萃取工艺必不可少。研究人员提出并开发了高度稳定的HCDI技术，并已成功地从水溶液中回收锂离子。