锂元素回收方法最新探索：利用超分子相互作用从固体、液体中提取锂

锂元素回收方法最新探索：利用超分子相互作用从固体、液体
中提取锂
在过去20年里，全世界对锂的需求呈爆炸性增长，这主要是因为锂元素在锂离子电池等现代材料中扮演者不可或缺的角色。

然而，地球上锂元素的含量是有限的。

有学者预测，以现有的趋势消耗下去，锂元素的供给平衡将在2023年被打破，到时便会出现全球性的锂短缺现象。

与锂元素消耗的趋势相比，锂资源的回收则显得微不足道。

据统计，每年回收的锂还不到消耗的1%。

面对日益紧迫的锂资源短缺问题，如何有效地回收锂成为了极具现实意义的研究课题。

图1. 离子受体的结构式
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
近日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的J. L. Sesster教授、橡树岭国家实验室的B. A. Moyer博士和韩国国立庆尚大学的S. K. Kim 教授联手，合成了两种基于杯[4]吡咯（Calix[4]pyrrole）的离子受体2和3（图1）。

这两种化合物可以选择性地与锂离子识别，并在固液萃取技术（SLE）和液液萃取技术（LLE）作用下有效地对锂资源进行回收。

该成果以“Selective Solid–liquid Extraction and Liquid–liquid Extraction of Lithium Chloride using Strapped Calix[4]pyrroles ”为题发表于《德国应用化学》（DOI: 10.1002/anie.201805127）。

利用杯吡咯化合物实现对锂资源的回收这个想法并不是空穴来风。

早在二十世纪八十年代，诺贝尔化学奖得主Cram教授就合成出了锂离子受体，之后离子受体便如雨后春笋一般出现。

但是它们大部分局限于阳离子受体，而离子对型受体的发展则较为缓慢。

2016年，J. L. Sesster课题组报道了一种能从水相中捕获LiNO2的离子受体（图1. 1），不过这种受体并不能有效地将水相中的LiCl转移到有机相中，因此，他们对该受体进行了修饰，得到了两种新的离子受体（图1. 2和3），并通过核磁及单晶X-ray衍射对其结构进行了详细的表征。

图2. 化合物2与LiCl的晶体结构（左）及化合物3与LiCl的晶体结构（右）
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
为了测试2和3是否具有结合LiCl的能力，作者首先通过核磁对
其进行了表征：前后明显的化学位移的变化证明了这两种受体都能与LiCl形成稳定的配合物。

此外，作者还得到了这两种化合物与碱金属氯盐的晶体结构（图2），这进一步证实了离子受体与离子对的结合能力。

此外，作者通过晶体结构发现了化合物2与化合物3的不同：化合物2能容纳LiCl、NaCl、KCl及CsCl分子，而化合物3则只能容纳LiCl分子。

图3. 火焰试验（左）及离子受体对碱金属氯盐的选择性萃取（右）（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
从晶体结构上可知，化合物2能吸附几乎所有碱金属氯盐。

作者通过固液萃取试验发现其对LiCl的吸附性要远好于其他的碱金属氯盐，即使在LiCl含量相对较少的时候也能有效地将其从固相转移到液相中。

但是对于水相中的LiCl，由于水分子的存在，化合物2虽然也能有效地将LiCl转移到有机相中，但是选择性不够好。

相对于化合物2，化合物3的空腔尺寸略小，从晶体结构上也能观测到其只能勉强包结一个LiCl分子，因此作者推测其对LiCl的选择性将会更好。

事实也证明了这一猜测：固液萃取试验和液液萃取实现均证明化合物3能有效地从固体中提取LiCl，而对其他碱金属氯盐没有捕获作用。

全文作者：Qing He, Neil J. Williams, Ju Hyun Oh, Vincent M. Lynch, Sung Kuk Kim,* Bruce A. Moyer,* and Jonathan L. Sessler 原文链接：/news/art?id=22285
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