研究人员开发了用于从废电池中回收锂的聚脲膜

在《膜科学杂志》发表的一项研究中，中国科学院过程工程研究所万银华教授领导的一个研究小组提出了一种新的区域调节界面聚合策略，旨在制备具有高分离选择性的耐酸碱纳滤膜，用于从废锂电池中回收锂

新能源产业的快速扩张推动了锂资源需求的激增，凸显了有效回收废旧锂电池的必要性。绿色高效的纳滤（NF）技术正在成为可持续锂回收的关键解决方案

然而，传统的聚酰胺NF膜面临着在酸性和碱性条件下结构降解等挑战，这会损害其分离性能

聚脲（PU）膜是一种有前景的替代品，因其化学稳定性和在特种分离过程中的应用而闻名。然而，聚乙烯亚胺（PEI）作为水相单体在聚氨酯制造中的应用带来了挑战。PEI的众多反应位点导致高度强烈的界面聚合，产生不均匀的膜结构和较差的再现性，这些问题阻碍了其在锂回收应用中的可扩展性

本研究提出的策略涉及分别通过使用反应抑制剂Cu2+和表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）来调节单体在本体溶液和相界面上的扩散行为

“我们使用Cu2+来调节PEI的扩散和反应性，而SDS则确保相界面上的均匀分布，提高膜的完整性。Cu2+和SDS共同作用，可以形成更薄、更均匀的PU分离层，”万银华教授解释道

该策略精确控制了单体在本体溶液和界面上的扩散和相互作用，提高了聚合过程的均匀性。它还减轻了超支化单体的快速反应性，从而提高了批次间的稳定性和膜的一致性

PU膜表现出卓越的化学稳定性，即使在从废电池中回收锂时遇到的恶劣酸性和碱性条件下，也能保持分离选择性。通过平衡电荷和尺寸效应，这些膜在极端pH环境下提供了可靠的性能

“我们的区域调节界面聚合策略展示了控制单体扩散行为以提高膜性能和制造稳定性的重要性。这项研究扩大了PU膜在能源领域的范围，为可持续的锂回收提供了强有力的解决方案，”本研究的通讯作者罗建泉教授说

这项研究标志着回收技术和膜科学向前迈出了重要一步，与全球在快速增长的新能源格局中实现可持续资源利用的努力相一致 More information: Shiyu Xiao et al, High-performance polyurea nanofiltration membrane for waste lithium-ion batteries recycling: Leveraging synergistic control of bulk and interfacial monomer diffusion, Journal of Membrane Science (2024). DOI: 10.1016/j.memsci.2024.123405