“锂”争上游团队构建了 “绿色原料–高端产品–产业升级” 的可持续发展闭环,为我国生物质产业的转型升级提供了极具价值的技术范式。
——李坚院士
通讯员(梁大鑫、周洪辉、张佳伟、于家昊)
在新能源产业蓬勃发展的时代洪流中,锂资源被誉为“白色石油”,其战略地位日益凸显。然而支撑电动汽车、智能储能设备的核心锂资源,其高效、绿色的提取技术却面临严峻挑战。传统吸附剂在自然盐湖或海水提锂时表现乏力:自然盐湖条件下无法高效提取,选择性差导致提取效率低下,稳定性不足造成溶损与寿命短暂,吸附容量有限推高综合成本……这些痛点如同枷锁,严重制约着我国锂资源的自主保障能力。
破茧:生物质基高选择性吸附剂问世
在东北林业大学材料科学与工程学院,梁大鑫老师带领的科研团队,历经多年潜心攻关,以“尺寸印记与离子势选择筛分效应耦合”为核心突破点,成功研发出一种具有划时代意义的新型“生物质基高选择性锂离子吸附剂”。该成果以其独特的设计理念与卓越的性能,一举打破了传统吸附剂的诸多桎梏。
“分子尺子”与“智能安检门”协同发力:团队创造性地将“尺寸印记”技术与“离子势选择筛分”效应深度耦合。如同为锂离子量身定制了一把精密的“分子尺子”,在吸附剂内部构建出与锂离子水合尺寸高度匹配的专属空腔(尺寸印记效应)。同时,巧妙利用锂离子与其他共存离子(如钠、钾、镁等)在水合状态下的电荷密度差异(离子势差异),在空腔入口构筑了一道能量壁垒——“智能安检门”。这道门对低离子势、电荷密度较低的锂离子“大开绿灯”,允许其轻松进入空腔被捕获;而对于高离子势、电荷密度较高的干扰离子(如镁离子),则形成难以逾越的壁垒,将其高效阻挡在外。这种双重筛分机制,实现了复杂水体中对锂离子的近乎“精准狙击”,选择性获得质的飞跃。
“点‘水’成金”,农林废弃物焕发新生: 技术创新不仅在于性能,更在于源头。团队摒弃了传统依赖石化原料或昂贵无机材料的路径,将目光投向了生物质基改性。以丰富的农林废弃物(如秸秆、木屑等)为原材料,通过一系列绿色、高效的化学与物理改性手段,成功“唤醒”并定向强化了生物质骨架中纤维素、木质素等天然高分子所蕴含的丰富活性位点。这些经过精心设计和改造的生物质基体,不仅为锂离子的特异性识别与结合提供了稳固且环保的载体平台,更赋予了吸附剂优异的可再生性和生物降解特性,大幅降低了材料成本与环境足迹,变废为宝,体现了循环经济的核心理念。
“立体防盗网”,锁住离子筛,锚定材料魂:为解决吸附剂在反复使用过程中易出现的结构坍塌、活性位点流失(溶损)以及性能衰减(耐用性差)等顽疾,团队开创性地引入了多维组分互锁机制。如同在吸附剂的微观世界里编织了一张精密的“立体防盗网”——通过精心设计的功能组分(如特定聚合物、纳米增强材料)与改性生物质基体之间形成多维度、多层次的强相互作用(如共价键、氢键、物理缠结、离子配位等)。这些相互作用在三维空间内相互交联、彼此支撑,形成了异常稳固的互锁网络结构。它不仅牢牢“锁住”了捕获的锂离子,防止其意外流失,更如同坚韧的“锚”,将整个吸附剂材料的结构紧紧固定,使其在面对实际应用中复杂的物理应力(如水流冲刷)和化学环境(如酸、碱、盐)时,展现出超乎寻常的机械强度、化学稳定性和结构完整性,使用寿命显著延长。
“锂”争上游,战略破局
梁大鑫团队这一创新成果,精准命中了当前吸附法提锂行业的四大核心痛点:
自然条件下高效提取: 凭借卓越的选择性,无需苛刻的预处理,即可在天然盐湖卤水等复杂水体中直接高效提取锂。
卓越耐用性:多维互锁机制赋予其超强结构稳定性,经百次以上吸附-解吸循环后,性能衰减微乎其微,溶损率极低。
超高吸附容量:优化的生物质基体与丰富的特异性位点,使其单位吸附剂的载锂量远超传统材料。
绿色环保:生物质原料来源广泛、可再生,制备与使用过程更环境友好。
这不仅仅是吸附剂性能的单项冠军,更是一套从材料设计源头到实际应用表现的系统性解决方案。它意味着提锂过程将变得更高效、更经济、更可持续。对于我国丰富但成分复杂的盐湖锂资源开发,对于储量巨大但浓度极低的海水提锂探索,该项技术提供了极具竞争力的新工具和新思路。其成功应用,将有力支撑国家锂资源战略储备,缓解对外依存度,为新能源产业链的安全与自主可控注入强大动能,真正在关乎国计民生的战略资源领域实现“争上游”!
黑土地上的科技之光
这一诞生于东北林业大学材料科学与工程学院的创新成果,是基础研究与应用需求紧密结合的典范。它根植于学校在木材科学与生物质材料领域的深厚底蕴,融合了材料化学、林产化工、环境科学等多学科前沿智慧。梁大鑫教授团队以国家战略需求为导向,以解决产业实际痛点为己任,在看似寻常的生物质中挖掘出非凡价值,其坚韧不拔的探索精神和敏锐的科学洞察力令人敬佩。
李坚院士的高度评价,不仅是对该成果本身科学价值与应用潜力的权威肯定,更是对团队创新能力和拼搏精神的最佳褒奖。这项“破局”之作,如同在东北广袤的黑土地上孕育出的一道耀眼的科技之光,不仅照亮了高效绿色提锂的新路径,也彰显了中国科研人员在攻克关键核心技术、服务国家重大战略需求中的智慧与担当。当“尺寸印记”、“离子势筛分”、“生物质基”、“多维互锁”这些创新密码在吸附剂微观世界中完美协同,“锂”争上游的破局之路已然清晰,为保障国家能源安全与推动绿色低碳发展贡献不可替代的“材料力量”。
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