随着清洁能源发展对锂需求的快速增长，传统高浓度矿源（100–1000 mg L-1）受资源分布与环境成本限制，促使研究转向海水淡化浓盐水等非常规资源。然而，SWRO浓盐水中Li+浓度仅约0.5 mg L-1，且伴随高浓度Na+、Mg2+等离子，选择性分离极具挑战。锂离子筛（LIS）虽具有良好选择性，但传统填充床存在压降大、扩散受限及利用率低等问题。电纺纳米纤维膜因其高孔隙率与连通结构，可提升传质效率，但其规模化制备与模块化应用仍未实现，成为限制实际应用的关键瓶颈。

近日，新加坡南洋理工大学王蓉教授团队在期刊 Desalination 上发表了最新研究成果“Pilot-scale lithium recovery from desalination brine using needleless-electrospun mesoporous ion-sieve membranes”。该研究由博士生Naeem Nadzri担任第一作者，梁叶锦博士为共同第一作者。研究团队通过无针静电纺丝技术，实现了介孔HMO/PAN纳米纤维膜的规模化制备（有效面积达6.45 m2），并成功构建模块化系统用于连续锂回收。相比传统HMO填充床体系，该纳米纤维膜在动态运行中表现出更高的处理体积与约2倍的解吸浓度（48.1 vs 24.5 mg L-1），同时实现约306倍富集及103-105量级的高选择性，显著推动了电纺离子筛材料从实验室向工程化应用的转化。

该研究通过无针电纺工艺将HMO颗粒嵌入PAN纳米纤维中（如图1），并引入PVP作为牺牲模板，随后经溶剂去除PVP形成介孔结构，从而构建具有高比表面积与开放传质通道的纳米纤维网络。最终将大面积纺丝膜（约6.45 m2）卷制为2英寸模块，并构建动态吸附-解吸流程用于SWRO浓盐水中Li⁺的连续回收，实现从纳米结构设计到连续流锂回收的跨尺度转化。

图1：介孔HMO/PAN纳米纤维膜的制备流程及模块化锂回收系统示意图。

图2：抗静电处理抑制无针电纺中蛛网状沉积缺陷的机制与效果对比。

在规模化生产中，电荷积累导致的沉积缺陷不可忽视。如图2所示，在未处理基底上，由于电荷无法有效耗散，产生明显的“蛛网状”纤维漂移与桥连结构，导致沉积不均匀；而经抗静电处理后，电荷可快速传导至接地端，从而实现稳定沉积。SEM结果显示，处理后形成均匀连续的纳米纤维网络且无明显桥连缺陷，显著提升纤维结构完整性与可重复性，是本实验实现规模化连续制备的关键工艺条件。

图3：规模化制备纳米纤维膜的形貌结构及元素分布表征。

随后，通过对图3的SEM图像、纤维直径分布及EDX元素映射进行系统分析，纯PAN纤维表面光滑且直径较小，而引入HMO和PVP后，纤维直径增大且分布更宽，说明颗粒负载与溶液性质对纤维形成具有显著影响。PVP去除后在纤维内部形成均匀介孔结构，显著增强传质通道。同时，Mn元素沿纤维均匀分布，表明HMO成功嵌入并保持良好分散，从而构建出兼具高孔隙率与高活性位点可达性的多尺度结构。

图4：膜模块多循环吸附–解吸性能及选择性分析

研究还探讨了纺丝膜在多循环运行中的稳定性与选择性演化行为。随着循环次数增加，突破曲线逐渐向更高处理体积移动，说明初期未充分利用的深层活性位点在后续循环中逐步被激活，体现出“结构逐步润湿与激活”的过程。同时，动态吸附容量基本保持稳定，说明膜结构未发生明显退化。在解吸过程中，各循环Li+洗脱浓度保持稳定，累积浓度达到约153 mg/L，实现约306倍锂富集；而总体回收率略有下降，主要归因于部分Li+进入扩散受限或交换动力学较慢的深层位点，难以完全解吸。此外，膜对Na+、Mg2+等共存离子仍保持103–105量级的高分离因子，说明其选择性主要来源于HMO的离子筛机制，而介孔结构则通过提高传质效率进一步放大这一选择性优势。

总的来说，该研究通过无针电纺实现介孔HMO/PAN纳米纤维膜的规模化制备并构建模块化连续流体系，在超低浓度浓盐水中实现高效且高选择性的锂回收，未来可进一步从能耗优化、长期稳定性及与现有海水淡化系统的耦合等方面推进其工业化应用。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2026.120091

人物简介：

王蓉教授现任新加坡南洋理工大学（NTU）土木与环境工程学院校长讲席教授，同时担任南洋环境与水源研究院（NEWRI）执行院长。她是新加坡膜学会（MEMSIS）创始主席、新加坡工程院院士及秘书长，并担任国际膜科学领域权威期刊《膜科学杂志》（Journal of Membrane Science）主编。

王教授于2022至2023年担任亚太膜学会主席， 2014至2020年担任NTU土木与环境工程学院院长。另外，她是新加坡膜技术中心（SMTC，隶属NEWRI）的联合创始人，过去15年来持续领导该中心，推动膜技术在水资源与环境领域的研究与产业化进程。

在化学与环境工程、水与能源交叉领域，王教授拥有超过30年的科研与技术创新经验，研究方向涵盖水与废水处理、液体净化、气体分离用新型膜材料的开发，以及混合膜系统设计与过程模拟。自2008年起，她作为首席科学家（PI），已从政府机构和私营企业获得超过4400万新元的外部竞争性科研经费，持续引领膜技术前沿发展。

截至2026年4月，王教授已发表SCI论文400余篇，总引用次数超过43,000次，Google Scholar h-index达115。她拥有30项膜材料相关技术专利，并促成了三家膜技术衍生公司在新加坡的成功创立，包括Aromatec Pte Ltd, H2MO Technology Pte Ltd 和SNANO Pte Ltd。

凭借卓越的科研贡献和技术转化成果，王教授荣获多项国际与国家级荣誉， 其中包括：

2016年获沙特阿拉伯苏丹·本·阿卜杜勒阿齐兹亲王国际水奖（PSIPW）“替代水奖”。

2018年获南洋研究奖。

2021年入选“新加坡百名杰出科技女性”（SG100WIT）。

2022年荣获新加坡国庆奖 ‒ 公共行政银奖章。

2022年荣获“总统科技奖”，这是新加坡授予科研人员的最高荣誉，以表彰其在科学与技术领域的杰出成就。

2024年入选浙江大学全球杰出教育家项目，该项目面向全球遴选具有重要学术影响力的卓越学者。