【成果掠影 & 研究背景】

傳統(tǒng)鹽類提純工藝（如沉淀法、膜過濾等）存在能耗高、步驟繁瑣、環(huán)境負(fù)擔(dān)大等問題，尤其難以從混合鹽水中選擇性提取高純度鹽。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，本研究提出了一種基于擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)的選擇性結(jié)晶策略（DiSC），通過抑制非選擇性離子傳輸過程（如對(duì)流），利用離子擴(kuò)散系數(shù)差異實(shí)現(xiàn)目標(biāo)離子的定向富集。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種浮動(dòng)多孔膜蒸發(fā)器，成功從含Na+/K+、Ba2+/K+、Mg2+/Li+等混合鹽水中一步法提取純度超過99.10%的鹽晶體。以真實(shí)海水為例，該技術(shù)無需預(yù)處理即可直接產(chǎn)出純度達(dá)99.36%的NaCl，蒸發(fā)速率穩(wěn)定在1.49 kg·m?2·h?1，鹽產(chǎn)率達(dá)28 g·m?2·d?1，較傳統(tǒng)鹽田法提升2倍。

【創(chuàng)新點(diǎn) & 圖文摘要】

創(chuàng)新點(diǎn)：

• 擴(kuò)散主導(dǎo)機(jī)制：

  通過30 nm孔徑膜抑制對(duì)流，使Na+（擴(kuò)散系數(shù)0.87×10?? m2/s）較K+（2.17×10?? m2/s）優(yōu)先結(jié)晶，純度提升至99.59%。

• 動(dòng)態(tài)平衡調(diào)控：

  建立毛細(xì)流量（U）與擴(kuò)散速率（Rmax）競(jìng)爭(zhēng)模型

• 普適性驗(yàn)證：

  拓展至Ba2+/K+（純度99.64%）和Mg2+/Li+（純度99.60%）體系，證實(shí)策略對(duì)二價(jià)/一價(jià)離子分離有效性。

• 太陽能集成設(shè)計(jì)：

  采用碳黑涂層玻璃纖維膜（孔徑2.23 μm）的太陽能蒸發(fā)器，PS泡沫厚度從20 mm降至7 mm時(shí)NaCl純度從93.59%提升至99.18%。

• 工業(yè)適配潛力：

  模擬工業(yè)蒸發(fā)條件（34.16 kg·m?2·h?1），通過縮短擴(kuò)散長(zhǎng)度至0.05 mm可實(shí)現(xiàn)1.21 kg·m?2·h?1的高純鹽產(chǎn)率。

圖1：DiSC策略原理與多孔膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)

圖2：陶瓷膜上鹽結(jié)晶狀態(tài)的COMSOL模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果（NaCl/KCl體系）

圖3：Ba2+/K+和Mg2+/Li+混合體系的選擇性結(jié)晶

圖4：太陽能蒸發(fā)器從真實(shí)海水中直接生產(chǎn)高純NaCl

【總結(jié) & 原文鏈接】

本研究提出的DiSC策略顛覆了傳統(tǒng)依賴復(fù)雜工藝的鹽分離模式，通過精準(zhǔn)調(diào)控?cái)U(kuò)散與毛細(xì)流動(dòng)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，首次實(shí)現(xiàn)從混合鹽水中一步法提取超高純度鹽。該技術(shù)不僅為鹽湖提鋰、海水資源化等場(chǎng)景提供了可持續(xù)解決方案，其理論模型還可指導(dǎo)其他基于擴(kuò)散差異的離子分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)。未來通過膜孔功能化修飾（如冠醚基團(tuán)），有望進(jìn)一步拓展至稀土元素等戰(zhàn)略資源分離領(lǐng)域。

原文鏈接: https://doi.org/10.1038/s44221-025-00474-z

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