本研究由南京工业大学环境科学与工程学院的陈晓、邵琰、邢立军、张学英以及华南理工大学化学与化工学院的魏嫣莹共同完成，其中邵琰、魏嫣莹和张学英为通讯作者。该论文发表于 Desalination 期刊第620卷，文章编号119601，于2025年11月7日在线发表，并收录于“脱盐领域新星”特刊中。

该研究属于水溶液锂资源提取与环境功能材料领域，旨在解决层状钛基锂离子筛（lithium ion sieve, LIS）H₂TiO₃（简称HTO）在实际应用中因比表面积（specific surface area）较低而导致锂离子（Li⁺）吸附容量远低于理论值的问题。HTO因其环境友好性和对锂离子的选择性而被视为从盐湖卤水等液态资源中提取锂的有前景材料，其理论Li⁺吸附容量可达127.3 mg·g⁻¹，但实际报道值通常不超过40 mg·g⁻¹。这一差距主要源于HTO颗粒尺寸较大、比表面积有限，限制了锂离子向活性位点的迁移。已有的改进策略多通过将离子筛负载于高比表面载体上制备复合材料，但存在成本高和制备过程复杂等不足。因此，本研究提出利用甘油（glycerol）作为添加剂，直接调控HTO自身的比表面积和内部结构，以提升其锂吸附性能，并系统探究其增强机制。

研究的工作流程可分为材料制备、表征分析和吸附性能评价三个阶段。在材料制备阶段，作者首先采用溶胶-凝胶结合水热法合成了未改性的前驱体Li₂TiO₃（LTO），具体步骤为：将F127和HDA溶于无水乙醇，滴加LiOH溶液后加入钛酸四丁酯（TBOT），经搅拌、老化、离心、洗涤和干燥后，再经超声分散和水热反应（160 °C，24 h），最后在500 °C下煅烧4 h得到LTO。将LTO在0.2 mol·L⁻¹盐酸中酸洗24 h即得HTO。改性样品HTO-n的制备流程与HTO相同，区别仅在于水热前向混合液中分别加入10、15或20 mL甘油，所得样品分别命名为HTO-10、HTO-15和HTO-20。表征阶段采用了X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）以及氮气吸附-脱附等温线等手段对材料的晶体结构、形貌、化学组成、表面官能团和孔结构进行分析。吸附性能评价阶段包括吸附动力学、吸附等温线、pH影响、温度影响（热力学）、吸附选择性和循环稳定性测试。实验对象为HTO及HTO-n系列样品，每次吸附实验使用0.05 g吸附剂分散于50 mL含Li⁺溶液（初始浓度200 mg·L⁻¹）中，在308 K下振荡12 h。吸附动力学数据采用准一级（pseudo-first-order, PFO）和准二级（pseudo-second-order, PSO）模型拟合；等温线数据采用Langmuir、Freundlich和Temkin模型拟合；选择性实验在含有Li⁺、Na⁺、K⁺和Mg²⁺各约200 mg·L⁻¹的模拟溶液（pH=10）中进行；循环实验通过重复吸附-酸洗脱附（0.2 mol·L⁻¹ HCl）过程考察材料稳定性。数据通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定离子浓度，并依据相应公式计算吸附容量、分配系数、分离因子和钛溶损率等参数。

研究的主要结果表明，甘油添加成功实现了HTO比表面积和亲水性的双重提升。XRD结果显示，所有LTO-n样品均与Li₂TiO₃标准卡片（JCPDS 33-0831）吻合，表明合成产物为纯相，且甘油改性后（002）晶面衍射峰向低角度偏移，说明含氧基团插入层间引起晶格扩张。HR-TEM测量显示HTO-15的（002）晶面间距为0.482 nm，大于HTO的0.473 nm，进一步证实了层间距的扩大。氮气吸附-脱附结果表明所有样品均呈现IV型等温线和介孔结构特征，其中HTO-15的比表面积为185.64 m²·g⁻¹，远高于未改性HTO的71.73 m²·g⁻¹，而HTO-10和HTO-20的比表面积分别为189.86 m²·g⁻¹和176.02 m²·g⁻¹。XPS分析显示，HTO-15表面O²⁻含量由HTO的63.93%提高至69.73%，羟基组分含量由19.70%提高至21.32%，表明甘油热解产生的含氧基团主要以O²⁻和OH⁻形式插入层间并修饰表面。FTIR光谱在HTO-15中检测到位于约3150 cm⁻¹的氢键表面羟基宽峰，而HTO中无此峰，进一步证实表面羟基数量增加。接触角测试显示HTO-15的接触角仅为9.8°，远低于HTO的23.2°，证明其具有超亲水特性。在吸附性能方面，HTO-15在锂初始浓度200 mg·L⁻¹、308 K下达到43.57 mg·g⁻¹的平衡吸附容量，明显高于HTO的34.37 mg·g⁻¹，且HTO-15在6 h内即达到饱和，而未改性HTO需12 h。动力学拟合结果表明，所有样品的吸附过程更符合准二级动力学模型，说明化学吸附为主导机制；HTO-15的PSO速率常数（0.07173 g·mg⁻¹·h⁻¹）也高于HTO（0.04877 g·mg⁻¹·h⁻¹）。等温线实验中，当初始Li⁺浓度提高至500 mg·L⁻¹时，HTO-15的平衡吸附量达到61.19 mg·g⁻¹。Freundlich模型拟合相关系数（R²=0.9779）高于Langmuir模型，说明吸附剂表面具有非均质性，且1/n值为0.305（小于1），表明HTO-15对Li⁺具有较高亲和力。pH实验显示，在pH 7至12范围内，吸附容量从低于10 mg·g⁻¹显著提高至43.5 mg·g⁻¹，碱性条件有利于H⁺与Li⁺的离子交换反应正向进行。热力学分析显示，吸附过程ΔH为9.86 kJ·mol⁻¹，为吸热过程；ΔS为78.07 J·mol⁻¹·K⁻¹，表明体系熵增；各温度下ΔG均为负值且随温度升高而更负，说明吸附过程自发且高温有利于吸附。选择性实验中，HTO-15对Li⁺的吸附容量为33.60 mg·g⁻¹，低于纯锂溶液中的35.54 mg·g⁻¹，但仍远高于对Na⁺、K⁺和Mg²⁺的吸附；其对Li⁺的分配系数Kd,Li为202.53 mL·g⁻¹，显著高于其他竞争离子，表现出优异的锂离子选择性。这种选择性源于Li⁺较小的离子半径和较低的水合能，使得Na⁺、K⁺因空间位阻被排斥，而Mg²⁺则因脱水能垒过高难以进入筛孔。循环实验显示，经过五次吸附-脱附循环后，HTO-15的吸附容量从初始的43.57 mg·g⁻¹略微下降至39.60 mg·g⁻¹，且钛溶损率始终低于1%，说明材料具有良好的结构稳定性和循环利用性能。与文献中其他HTO基吸附剂相比，HTO-15在200 mg·L⁻¹锂浓度下表现出更快的吸附速率和更高的吸附容量，展现出显著的应用优势。

本研究的结论表明，通过甘油辅助合成策略可有效制备高比表面积、超亲水的HTO锂离子筛。HTO-15因具有185.64 m²·g⁻¹的高比表面积、提高的表面O²⁻和羟基含量以及显著改善的亲水性，能够提供更多的Li⁺捕获位点并加速Li⁺的扩散和去溶剂化过程，从而实现43.57 mg·g⁻¹的高吸附容量和快速的吸附动力学。此外，HTO-15在模拟卤水中表现出优异的锂离子选择性和良好的循环稳定性，经过五次循环后吸附容量保持率仍较高。该研究为设计高效钛基锂离子筛用于水溶液锂资源回收提供了新的思路和方法参考。

本研究的亮点包括：首次直接使用甘油作为结构导向添加剂来调控HTO自身的比表面积和层间结构，而非依赖载体复合路线；发现甘油热解不仅扩大比表面积，还通过插入含氧基团增加表面O²⁻和羟基含量，从而同时提升吸附位点数量和材料亲水性；系统阐明了高比表面积与亲水性增强对锂吸附容量和动力学的协同促进作用；制备的HTO-15在低浓度（200 mg·L⁻¹）锂溶液中实现了较文献报道同类材料更高的吸附容量，并展现出优异的离子选择性和循环稳定性。这些发现为锂离子筛材料的理性设计提供了重要实验依据，并有望推动钛基吸附剂在盐湖卤水提锂中的实际应用。