Ultraselective sequestration of Li + and Mg 2+ from brines via a reusable polyoxoniobate-based ion sponge

卤水 化学 离子 多孔性 化学工程 选择性 海绵 多孔介质 无机化学 材料科学 磁导率 锂(药物)
作者
Linfeng Chen,Chenyang Li,Sahand Adibnia,Sizhuo Yang,Jialu Li,Erika Samolova,Andrew Dopilka,Zhiyuan Huang,Raynald Giovine,Xander B. Fleming,Jinghua Guo,Andrew Z Haddad,Robert Kostecki,Wei Chen,Chaochao Dun,Jeffrey J. Urban
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (49)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adz7696
摘要

Lithium (Li) and magnesium (Mg) are designated as critical mineral materials (CMM) due to their essential roles in clean energy technologies. However, extracting high-purity Li + from brine remains a formidable challenge owing to the presence of Mg 2+ , a physicochemical similar ion that often exists in excess. Here, we introduce a polyoxoniobate-based “Mg-PONb sponge” that enables ultraselective and rapid Li + /Mg 2+ separation across an exceptionally broad range of Mg/Li ratios (0.02 to 200.63). This framework achieves >99.9% Mg 2+ removal with negligible Li + loss in under 1 min, yielding Li + /Mg 2+ selectivity values exceeding 5000. The sponge demonstrates excellent recyclability, maintaining >99% Mg 2+ rejection and Li + permeability across five regeneration cycles without structural degradation. Mechanistic investigations reveal that selective Mg 2+ capture originates from strong coordination with terminal oxygens on the PONb cluster, driving rapid formation of porous Mg-PONb frameworks. This work presents a generalizable, scalable strategy for Li + /Mg 2+ separation and offers a sustainable path toward enhanced Li and Mg recovery from complex brine sources.
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