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铷（Rb）是一种稀有的碱金属，广泛应用于航天、国防、量子信息和能源材料等高科技领域。然而，由于铷资源稀缺且分散，其开采成本高昂，并对环境造成负面影响。尽管盐湖水体中富含铷，但其浓度极低，传统的提取方法存在效率低、能耗大等问题，难以满足现代工业需求。此次研究团队基于奥斯特瓦尔德熟化现象，创新性地提出了一种晶体熟化微萃取（CRME）策略，直接从固体氯化钾（KCl）盐中提取铷，以极高的选择性和低能耗实现了铷的高效提取，为稀有金属的可持续提取提供了新思路。
成果简介
通过CRME策略，该研究在含113 ppm铷的KCl盐中实现了92.37%的铷回收率，同时减少了97.57%的能耗，并提高了22.24%的回收效率，Rb/K分离因子比传统方法高13.46倍。该方法不依赖于溶液提取过程中的大量化学试剂，具有显著的环境和经济优势。此外，这一策略还被证明可应用于其他金属盐的提取，展示了在工业应用中的广泛潜力。
研究亮点
创新的铷微萃取策略：通过诱导奥斯特瓦尔德熟化，实现铷在固体KCl晶体中精准提取，克服了传统液相提取方法的低效问题。
显著的节能减排效果：该方法在能耗上比传统液相提取减少近98%，大大提升了环保效益。
广泛适用性：除了铷，CRME策略在锂、稀土元素及其他关键金属的回收方面也展现出良好的适用性，为稀有金属的绿色回收开辟了新路径。
配图精析
图1：展示了铷资源分布及CRME策略的设计原理。(a)盐湖中的铷资源及其在高科技领域的应用示意图。(b)铷从盐湖中提取的挑战与机遇。(c)CRME策略示意图，展示了铷在固体KCl盐中高效回收的机制。
图2：CRME策略的理论与实验研究。(a)固-液比对质量传递系数的影响，表明较低的固-液比提升了质量传递效率。(b)不同初始晶体大小在奥斯特瓦尔德熟化过程中的传质效率变化。(c-g)离子释放与萃取效率的实验验证，证明了CRME策略在多次质量传递周期中的高效回收能力。
图3：CRME策略的优化过程及性能评估。(a)优化过程模型示意图，通过不同晶体大小的配比提高传质效率。(b)CRME与液相提取在不同原料中的铷回收效率对比。(c)CRME与其他提取方法的环保与经济效益对比，展现了其在工业中的应用潜力。
展望
该研究提出的微结构控制策略为废弃材料中稀有金属的高效回收提供了新的思路，不仅大幅提高了回收效率，还显著减少了环境影响。未来的研究将进一步优化这一方法，拓展其在更多金属资源回收中的应用，以实现稀有金属的可持续循环利用。
文献信息
期刊：Nature Sustainability
DOI：10.1038/s41893-024-01449-w
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41893-024-01449-w
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