本研究由来自大连理工大学（Dalian University of Technology）海水淡化与多用途利用研究中心的 Wei Ma、Qiang Wang、Ren Wang 和 Lu Wang 完成，论文发表于 Desalination and Water Treatment 期刊2012年第44卷第1–6页。该研究属于海水淡化浓盐水（brine）资源化利用与无机吸附材料开发领域，旨在从海水淡化厂排放的浓缩卤水中选择性回收锂（lithium, Li）和钾（potassium, K），以减轻浓盐水直接排放对海洋环境的负面影响，同时实现高价值或稀缺化学元素的高效提取。

随着全球海水淡化规模的快速扩大，大量高盐度浓盐水被直接排放入海，导致局部海域盐度升高、鱼类和藻类死亡以及生态系统的逐步恶化。另一方面，浓缩海水中含有锂和钾等具有重要工业和农业价值的元素。锂在高性能电池、能源和医药等领域需求日益增长，而钾作为农业肥料的重要成分在陆地上相对稀缺。因此，从海水淡化浓盐水中选择性回收锂和钾不仅具有环境意义，也具有显著的经济价值。本研究合成了两种无机固体吸附材料，分别用于选择性吸附锂离子和钾离子，并在实验室中考察了共存离子竞争条件下的吸附行为，以评估该技术路线的可行性。

研究的第一部分为材料合成与表征。锂吸附剂（记为 IS-Li）以 MnCO₃、LiOH 和 HCl 为原料合成，为尖晶石结构（spinel structure）的锰氧化物离子筛（ion sieve），其化学式可表示为 MnO₂·0.5H₂O。X射线衍射（XRD）分析表明该材料具有面心立方（face-centered cubic）晶系特征，傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示在3317 cm⁻¹和3471 cm⁻¹处存在羟基（hydroxyl group）的伸缩振动吸收峰，910 cm⁻¹处存在质子耦合晶格振动峰，而800 cm⁻¹以下的吸收带归属于Mn–O伸缩振动。钾吸附剂（记为 A-K）以天然斜发沸石（clinoptilolite zeolite）为基底，通过 Na₂AlO₂、Na₂O、NH₄Cl/NaCl 改性制备。所用天然沸石来自中国辽宁，其主要化学组成为 SiO₂ 67.92%、Al₂O₃ 12.74%、Fe₂O₃ 1.78%、MgO 0.32%、CaO 0.50%、Na₂O 5.24%、K₂O 0.57%。改性过程中 SiO₂、K₂O、CaO 和 MgO 含量降低，而 Al₂O₃ 和 Na₂O 含量升高。XRD和FTIR结果表明改性后材料仍保持斜发沸石结构，其中1070 cm⁻¹处吸收峰归属于SiO₄中不对称价态振动，476 cm⁻¹和617 cm⁻¹处吸收峰分别对应O–Si–O和O–Al–O振动。

研究的第二部分为锂的吸附选择性评价。实验采用批量吸附（batch adsorption）体系，将0.1 g IS-Li加入含有 Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺ 的混合溶液中，摩尔比为1:1:1:1:1，锂离子初始浓度为10 mg L⁻¹。结果表明 IS-Li 对锂离子具有良好的选择性，吸附容量（adsorption capacity）超过25 mg g⁻¹，并在24 h达到最大吸附量。共存离子对锂吸附的影响顺序为 K⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > Na⁺。在总溶解固体（TDS）保持为1000 mg L⁻¹、接触时间为12 h的条件下，随着锂初始浓度的增加，吸附量逐渐增大。采用 Langmuir 和 Freundlich 等温吸附模型（isotherm model）对数据进行拟合，发现 Freundlich 模型的相关系数 r² 为0.995，而 Langmuir 模型的 r² 仅为0.410，表明 IS-Li 对锂的吸附更符合多层物理吸附（multi-layer physical adsorption）特征。

第三部分为钾的吸附选择性评价。在单一体系中，A-K 对钾的吸附在140 min达到平衡，最大吸附量约为61.0 mg g⁻¹。在含有 Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺ 的混合体系中，共存离子对钾吸附能力的影响顺序为 Na⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺。当竞争离子与钾离子的摩尔比从1:10增加到20:1时，钾的吸附量逐渐下降，但仍保持在约20 mg g⁻¹的最低水平。对共存离子体系中的钾吸附数据进行等温模型拟合，Freundlich 模型的 r² 为0.998，而 Langmuir 模型的 r² 低于0.7，说明该体系同样遵循多层物理吸附机制，且根据 n > 2 的拟合参数，吸附剂与吸附质之间的相互作用强于吸附质分子之间的相互作用。

第四部分为吸附剂再生（regeneration）与初步工艺设计。IS-Li 在吸附锂后可用 HCl 溶液洗脱再生，同时获得较高浓度的 LiCl 溶液；A-K 在吸附钾后也可用 HCl 或 NaCl 溶液洗脱再生，并获得 KCl 溶液。在液固比（liquid-to-solid ratio, L/S）为3:1的条件下，洗脱液中可分别获得约700 mg L⁻¹的 LiCl 和约600 mg L⁻¹的 KCl，纯度分别接近98%和93%。重复吸附-再生实验表明，经过5次循环后，IS-Li 的吸附容量仍保持初始容量的93%，A-K 则保持约95%。实验还考察了浊度（turbidity）对吸附行为的影响，发现当浊度低于25 NTU时，对吸附容量没有显著影响。基于以上结果，本文提出了与海水淡化厂相结合的锂钾回收工艺流程：海水淡化产生的浓缩盐水先经蒸发或沉淀去除钙、镁及其他盐类，然后分别通过 IS-Li 和 A-K 吸附柱选择性提取锂和钾，吸附饱和后用酸洗脱得到 LiCl 和 KCl 产品，吸附剂再生后循环使用。

本研究的结论主要有三点。第一，IS-Li 离子筛材料在模拟浓缩海水中对锂离子具有优良的选择性，最大吸附量达到25 mg g⁻¹，共存离子的影响不显著，其影响顺序为 K⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > Na⁺。第二，以天然沸石为原料改性的 A-K 材料对钾具有良好的吸附能力，但在竞争离子存在下吸附量约降低一半，稳定在20 mg g⁻¹左右，共存离子的影响顺序为 Na⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺。第三，锂和钾可以通过新型无机材料从浓缩盐水中回收，并可通过酸洗再生实现循环使用。

本研究的主要亮点在于合成了具有高选择性的无机离子筛和改性沸石材料，系统评价了它们在复杂离子共存条件下对锂和钾的吸附性能，并提出了与海水淡化工艺耦合的资源回收方案。该研究不仅为海水淡化浓盐水的资源化利用提供了新的技术思路，也为减轻浓盐水排放造成的环境影响提供了可能的解决方案。由于该技术可同时回收高价值锂资源和稀缺钾资源，因此在经济性和环境可持续性方面均具有较好的应用前景。