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生活技術(shù)的進(jìn)步和向清潔能源的過渡推動了鋰需求的快速增長。鑒于其巨大的潛在儲量和預(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)的過程中都有應(yīng)用。在溶劑萃取過程中，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程中通過各種機(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，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

在研究萃取過程時，將幾種典型的鋰離子識別受體結(jié)合到離子液體的陽離子和陰離子組分中，對其理化性質(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，通過離子交換和配位促進(jìn)轉(zhuǎn)移。萃取過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，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，同時減少了雜質(zhì)的共萃取。

圖2. 根據(jù)不同的陽離子對離子液體進(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)、陽離子交換、離子締合和多重或中性機(jī)制。

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

離子液體提取技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展方向

圖3. 結(jié)構(gòu)修飾對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，離子液體陽離子很容易流失到水相中，并且離子液體對環(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鏈毒性之間權(quán)衡。未來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)營成本時更具優(yōu)勢。同時，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