锂是新能源汽车电池的核心原材料。我国锂资源储量丰富，其中约80%存在于盐湖卤水中。然而，盐湖卤水中的镁和锂离子性质相近、共存一体，难以分离。传统聚酰胺纳滤膜长期受制于渗透性和选择性难以兼顾的问题，在超高盐环境下性能急剧下降。基于此，中国石油大学(华东)孙海翔教授领衔的研究团队提出了一种新型的分级调控界面聚合策略，用来调控纳滤膜的结构，可高效分离高镁锂比盐湖卤水中的镁离子和锂离子。
传统膜材遇瓶颈 盐湖有锂难寻
纳滤膜是盐湖提锂常用的分离膜。然而，传统聚酰胺纳滤膜存在“渗透性—选择性”的权衡效应问题。“传统纳滤膜难以同时实现高水通量和高选择性，这两者就像是天平的两端，要么水渗透快但提锂不纯，要么锂提得纯但水渗透得慢。”陈宇昊解释道。
我国盐湖卤水通常具有较高的镁锂比和总盐浓度。这种高盐环境就像一面“放大镜”，会彻底暴露这种权衡效应所带来的弊端，在这样的环境下，用传统纳滤膜分离镁离子和锂离子需用大量淡水稀释，不仅增加成本，在缺水地区更是难以实施。因此，业界迫切需要一种能够在高盐环境下同时实现高通量和高选择性的分离膜技术。
从分子设计破题 创新界面聚合策略
孙海翔团队从化学反应的底层逻辑出发，提出了一种创新的界面聚合策略，通过可逆烯胺反应实现对双水相单体反应行为的分阶段控制，为精确调控膜结构、提高分离性能提供了全新途径。
用于制备纳滤膜的传统界面聚合策略通常只会使用一种水相单体，这种方法虽然成熟，但形成的膜结构由其单一单体的分子结构所决定，其性能存在一个天花板上限，这使得它们难以满足某些特定领域分离的需求。该技术正是打破了“单一水相单体”的这个传统，实现了对“双水相单体”反应过程的精密控制。这就好比在建造一堵精确控制的“分子筛”墙时，不是一次性把所有砖块都倒进去，而是通过巧妙的工程设计，让不同大小、功能的砖块按照预设顺序自动到位，各司其职，最终构筑起结构精密的分离层。
“该策略也意味着未来的科研人员可以不再局限于单一单体的固有特性，而是像‘搭乐高’一样，可以自由地将多种功能各异的单体按照预设的顺序和结构进行组合，从而制造面向不同应用场景的膜材料。”陈宇昊说。针对高镁锂比盐湖卤水提锂困境专门设计的新型纳滤膜就是该策略应用途径之一。
保障锂资源安全 应用前景广阔
该技术为保障国家锂资源安全，特别是当前以新能源汽车为代表的锂产业链安全带来了希望。陈宇昊指出：“用这项技术制备的纳滤膜可以在极高的盐浓度下运行，使开发特高镁锂比盐湖资源成为可能。”在实际应用方面，新型纳滤膜的高渗透性与选择性意味着能耗显著降低，其单位设备处理能力更强，减少了设备占地面积和初始投资，也减轻了前期预处理和后续纯化工艺的负担，缩短整体工艺流程，进一步节省投资和运行成本。
“回顾整个研究过程，最大的惊喜其实在于实验设计与结果之间那种不可预测的奇妙关系。我们之前设计过很多方案，但结果往往不会完全按预想的路径发展。”陈宇昊分享道，“这一次，我们想到用‘醛’来精确调控两种不同胺单体的反应行为。说实话，最开始并没有十足把握，但令人振奋的是，实验取得了预期结果，反应过程如我们设想的那样分步进行、有序可控。”这个阶段性胜利给了团队极大信心，促使他们不断深入探索、优化条件，最终取得了突破性进展。
目前，这项技术正处于从实验室向产业化过渡的关键阶段。基于该技术，研究团队已成功制备出一款新型纳滤膜，能够高效脱除高盐溶液中的二价阳离子。这些离子容易造成设备结垢，是很多工业水处理中的痛点。团队已与中国海油等企业开展合作，有望将该款纳滤膜应用在油田注水精细处理等相关领域，助力国内油气田增储上产。