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生活技術(shù)的進(jìn)步和向清潔能源的過(guò)渡推動(dòng)了鋰需求的快速增長(zhǎng)。鑒于其巨大的潛在儲(chǔ)量和預(yù)期較低的成本，將傳統(tǒng)的從礦物、鹽水和海水中提取的一次資源與高效的二次資源回收技術(shù)相結(jié)合的策略在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的研究興趣和工業(yè)關(guān)注。溶劑萃取是一種常規(guī)的分離技術(shù)，在各種與鋰相關(guān)的過(guò)程中都有應(yīng)用。在溶劑萃取過(guò)程中，離子液體表現(xiàn)出獨(dú)特的行為模式，其獨(dú)特的離子性質(zhì)和離子交換能力為離子金屬的萃取提供了理想的溶劑條件。因此，使用離子液體高效且環(huán)保提取鋰成為全球研究的重要課題。

圖1. 離子液體在不同領(lǐng)域的應(yīng)用

技術(shù)創(chuàng)新：現(xiàn)有研究成果的總結(jié)與分析

由于鋰資源的獨(dú)特性質(zhì)、傳統(tǒng)方法的局限性以及離子液體的不同結(jié)構(gòu)和功能屬性，離子液體在鋰的溶劑萃取中可以發(fā)揮不同的作用。不同的陰離子陽(yáng)離子賦予了離子液體不同的性質(zhì)，如極性、水溶性、配位能力和穩(wěn)定性。這種多功能性使離子液體能夠在提取過(guò)程中通過(guò)各種機(jī)制有效地提取鋰，文章重點(diǎn)討論了以下幾種離子液體的萃取行為：

離子液體作為稀釋劑

當(dāng)用作稀釋劑時(shí)，離子液體表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，如可忽略的蒸氣壓，升高的介電常數(shù)和廣泛的化學(xué)穩(wěn)定性窗口，使其具有強(qiáng)萃取能力和高分配系數(shù)。在溶劑萃取過(guò)程中，鋰離子與萃取劑形成配合物，隨后溶解在離子液體稀釋劑中。通過(guò)施加各種電位，鋰離子可以在離子液體稀釋劑中直接純化，從而消除了額外分離階段的需要。實(shí)驗(yàn)證明，離子液體作為稀釋劑在金屬萃取領(lǐng)域具有巨大的潛力，也為相關(guān)工藝的優(yōu)化和創(chuàng)新提供了新的視角和途徑。

離子液體作為萃取劑

在研究萃取過(guò)程時(shí)，將幾種典型的鋰離子識(shí)別受體結(jié)合到離子液體的陽(yáng)離子和陰離子組分中，對(duì)其理化性質(zhì)進(jìn)行精確微調(diào)，增強(qiáng)了與鋰的相互作用。離子液體直接與鋰離子相互作用，通過(guò)離子交換和配位促進(jìn)轉(zhuǎn)移。萃取過(guò)程改變了體系的化學(xué)平衡，增加了有機(jī)相中鋰離子的分配系數(shù)。在無(wú)共萃取劑的情況下，該類功能性離子液體具有較寬的pH工作范圍和較高的鋰萃取效率，能減少萃取過(guò)程離子液體的損失。

離子液體作為共萃取劑

多組分協(xié)同溶劑萃取體系由于其獨(dú)特的協(xié)同機(jī)制，對(duì)鋰離子具有高度選擇性的一步分離能力，為鋰資源的綠色提取提供了新的途徑。本文根據(jù)離子液體-分子萃取劑系統(tǒng)中的離子液體陽(yáng)離子種類，分為雜環(huán)類、季胺類以及磷類離子液體，以深入研究其固有的協(xié)同萃取行為。與雜環(huán)和胺基離子液體相比，磷基離子液體協(xié)同提取鋰的效果有限，沒有明顯的優(yōu)勢(shì)，但為利用離子液體溶劑提取鋰的潛在策略提供了見解。在鋰的提取和分離中，離子液體通過(guò)多組分協(xié)同作用提高了選擇性，提供了額外的活性位點(diǎn)并改變了有機(jī)相性質(zhì)，提高了鋰的選擇性和萃取效率，同時(shí)減少了雜質(zhì)的共萃取。

圖2. 根據(jù)不同的陽(yáng)離子對(duì)離子液體進(jìn)行分類

離子液體提取機(jī)制

在采用不同萃取物萃取鋰的體系中，不同萃取機(jī)制的有效性取決于所采用的萃取物的特定結(jié)構(gòu)特征。目前，溶劑萃取系統(tǒng)中離子液體參與的反應(yīng)機(jī)制，包括溶劑化效應(yīng)、陽(yáng)離子交換、離子締合和多重或中性機(jī)制。

在溶劑化過(guò)程中，溶劑將鋰離子包裹在溶劑化殼內(nèi)，從而通過(guò)降低鋰離子的能壘和促進(jìn)它們從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相來(lái)促進(jìn)鋰離子的提取。陽(yáng)離子交換由水相中的鋰離子和離子液體的陽(yáng)離子之間的相互作用所驅(qū)動(dòng)的。離子締合機(jī)制在陰陽(yáng)離子官能團(tuán)與鋰離子之間形成強(qiáng)的固體配位鍵促進(jìn)鋰離子的提取過(guò)程。

離子液體提取技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向

圖3. 結(jié)構(gòu)修飾對(duì)離子液體毒性的影響

在論文的最后，作者總結(jié)了當(dāng)前離子液體提取技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向。指出在利用離子液體進(jìn)行鋰溶劑萃取的探索中，離子液體陽(yáng)離子很容易流失到水相中，并且離子液體對(duì)環(huán)境有一定的影響。因此，需要選擇低毒性、可生物降解的離子液體并且在生物可降解性和長(zhǎng)鏈毒性之間權(quán)衡。未來(lái)的研究需要聚焦于優(yōu)化合成工藝、尋找低成本原料以及提高離子液體回收利用率，進(jìn)一步降低環(huán)境影響。作者對(duì)離子液體萃取體系的成本效益進(jìn)行分析，認(rèn)為離子液體具有更低的原材料成本和更高的回收率，且考慮到10年以上的運(yùn)營(yíng)成本時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，作者總結(jié)了多項(xiàng)在環(huán)保、提取效率和操作方面具有優(yōu)勢(shì)的專利技術(shù)，為后續(xù)新型鋰提取技術(shù)的開發(fā)提供了新的思路。

圖4. 不同萃取溶劑的成本估算結(jié)果