Microporous Polymer Sorbents for Direct Lithium Extraction

吸附剂 卤水 微型多孔材料 吸附 萃取(化学) 选择性 聚合物 水溶液 电解质 离子交换 无机化学 化学工程 吸附 化学 离子 有机化学 催化作用 电极 工程类 物理化学
作者
Michael A. Baird,Ryan Kingsbury,Li Wang,Albert Gang,Chenhui Zhu,Michael Whittaker,Brett A. Helms
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:: 4361-4368
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c01590
摘要

Lithium extraction from brines is essential to onshoring battery supply chains. Yet, cation-exchange sorbents often exhibit poor selectivity and require pH swings, contributing to increased capital and operating expenditures. Here, we develop lithium extraction sorbents that obviate pH swings by reversibly binding Li+ within aqueous brine-compatible polymers of intrinsic microporosity (AquaPIMs) bearing metal-complexing aza-crown-ether pendants. We conduct selectivity screens with synthetic and natural brines, the latter obtained from oilfield and salt lake sites across North America. Sorption selectivities for Li+/Na+, Li+/K+, Li+/Mg2+, and Li+/Ca2+change with respect to sorbent and brine composition due to pH, mixed-ion effects, and ion–polymer interactions; this behavior was pronounced for natural brines. Using an AquaPIM sorbent embodying aza-12-crown-4 pendants, we demonstrated a lithium extraction process for Smackover Formation brine (Arkansas, USA), enriching Li by a factor of 3.7 when desorbing it with pure water. Our work underscores the importance of designing sorbents based on brine composition and Li+/Mn+ separation priorities.
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