在当今时代，电动汽车如雨后春笋般普及，储能行业也蒸蒸日上，这一切都离不开锂离子电池的支撑。然而，锂资源的稀缺却如同高悬的达摩克利斯之剑，制约着行业的进一步发展。目前，全球锂需求主要依靠从锂矿石、盐湖卤水提取以及废旧锂离子电池回收这两种途径来满足。在众多锂分离技术中，膜分离技术，尤其是纳滤（NF）膜技术，凭借其高效、节能、环保和低成本等优势脱颖而出。但大多数商用纳滤膜由聚酰胺（PA）制成，在酸性环境下容易发生水解，导致稳定性和性能下降，难以满足从酸性盐湖卤水和废旧电池浸出液中高精度分离锂的需求。
为了解决这一难题，国内研究人员开展了一项关于制备高效耐酸纳滤膜的研究。他们通过甲苯 - 2,4 - 二异氰酸酯（TDI）单体与聚烯丙胺（PAA）单体的界面聚合反应，成功制备了一种聚脲（PU）纳滤膜，并以聚醚砜超滤膜为基底。该研究成果发表在《Advanced Membranes》上，为锂资源的高效回收带来了新的希望。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：首先是界面聚合法，用于制备聚脲纳滤膜；其次，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线光电子能谱（XPS）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）等多种表征技术，对膜的表面功能基团、化学元素组成、微观结构和表面性质进行深入分析；最后，利用交叉流过滤装置评估膜的水通量、盐截留率和离子分离选择性。
研究结果方面：
- 膜的物化特性：通过 FTIR 和 XPS 表征发现，成功在聚醚砜基底表面进行了界面聚合反应。与 PA 基纳滤膜相比，PU - PAA₂ TFC 膜的疏水性和 zeta 电位增加。FESEM 和 AFM 表征显示，PA - PAA 和 PU - PAA₂ TFC 膜表面相对光滑，且选择性层厚度更薄，这有利于提高水通量。
- 盐分离性能：研究发现，随着 TDI 和 PAA 浓度的增加，PU TFC 膜的水通量逐渐降低，盐截留率先升高后稳定。PU - PAA₂ TFC 膜对单价盐和二价盐的截留率显著高于 PA - PIP TFC 膜和 PA - PAA TFC 膜，这主要归因于其较低的表面润湿性、较小的孔径、增强的 Donnan 排斥和尺寸筛分效应。同时，该膜在酸性条件下表现出优异的稳定性，浸泡在 10% H₂SO₄溶液 96 小时后，水通量和盐截留率波动极小，而 PA 基纳滤膜性能则明显恶化。
- 耐酸机制分析：PA 基纳滤膜在酸性环境中，酰胺键容易在氢离子和水分子的作用下发生水解，导致膜性能下降。而 PU - PAA₂ TFC 膜的耐酸性能得益于尿素键之间丰富的双齿氢键，它能有效阻止 PU 交联网络中氧和氮的质子化；以及尿素键中富电子的二氮原子，通过 p - π 共轭效应和空间位阻效应减缓了四面体中间体的生成，抑制了膜的降解。
- 耐酸性能评估：PU - PAA₂ TFC 膜在不同浓度 H₂SO₄溶液（最高 40 wt%）和长时间浸泡（20 天）实验中，分离性能波动极小，表面微观结构保持完整。在混合盐溶液中，该膜的单价 / 二价离子分离因子受离子组成、浓度等因素影响，但总体表现出良好的分离性能。与商业耐酸膜相比，PU - PAA₂ TFC 膜在水通量、盐截留率和耐酸稳定性方面具有竞争力，在高浓度 MgCl₂溶液、高跨膜压力和长时间运行条件下也表现出优异的稳定性。
研究结论和讨论部分表明，这种新型聚脲纳滤膜具有强耐酸性、高正电荷特性和较小孔径，在从盐湖卤水和废旧电池阴极材料中提取锂等相关过程中具有巨大的应用潜力。它不仅为解决锂资源回收难题提供了新的技术方案，还为高性能耐酸纳滤膜的设计和开发提供了重要的理论依据和实践指导，有望推动锂资源回收技术向更可持续、更具成本效益的方向发展，在工业应用领域实现大规模推广。
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