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膜技术在锂离子Discover蓄电池前驱废水资源回收中的应用：综述
随着环境污染日益严重和能源资源枯竭，人们开始高度关注并开展各种新型清洁能源的开发与利用研究。这些资源旨在替代不可再生化石燃料并缓解环境污染问题（Wu 等，2023b）。新能源材料和技术发展迅速，电动汽车销量显著增长。其中，电动汽车储能系统中使用的锂离子电池（LIB）整体性能优异。它们便于快速充电，具备高功率放电能力，并具有高能量密度和高周期寿命，使其成为动力电池的主流技术。图1a总结了2022年和2023年的数据，并预测未来三年全球锂离子电池的供电容量。阴极材料占锂离子电池总成分的45%，对电池性能和成本有显著影响。锂离子电池阴极生产的原材料包括锂、钴、镍及其他矿物，以及导电剂、结合剂和其他前驱物。锂离子电池前驱体是用于生产电池正负分量的中间化学物质或材料。目前，商业使用的锂电池主流正极材料主要包括镍钴锰氧化物（NCM）、磷酸铁锂（LFP）、锰酸锂（LMO）和钴酸锂（LCO）。此外，图1b展示了过去十年（2003–2023）科学网络中不同功率锂离子电池研究数量的热力图。
这些锂离子电池阴极前驱材料在制造过程中会产生大量废水，称为动力锂离子电池前驱废水。这些废水中含有较高的总溶解固体（TDS）、高浓度的氨和氮，以及重金属离子和盐类。而废水成分相对复杂，生化性质较差，不易生物降解，且具有一定程度的毒性。将这些废水直接排入水体，可能对人体健康构成重大风险，并加剧生态退化。目前，主要处理锂电池生产废水的方法包括电解（Tóth 等，2022）、化学沉淀（Alsabbagh 等，2021）、生物吸附和离子交换（Luo 等，2018）。图1c比较了过去二十年（2004–2023）中两个不同群体在Web of Science中涵盖两个不同主题的论文数量。第一类包括“废水”和“膜”和“资源回收”。第二类包括“电池制造废水”。尽管研究活动每年都在增加，但从锂离子电池产生的废水中回收资源的回收仅占研究总数的不到五分之一。在锂离子电池的制造过程中，阳极前驱体的生产占整体电池生产过程的重要部分。前驱物的产生会产生大量废水。因此，显然废水中的成分对资源回收是必要的。通过化学沉降处理重金属废水时会产生大量废弃物残留，若不进行二次处理，可能导致二次污染（Rakesh等，2021）。生物吸收对高浓度废水的处理具有挑战性，因为这些菌株需要特定的环境温度和气压（Wu 等，2023a;Na 等，2020）。离子交换适用于低浓度废水处理，且离子交换系统的运行和维护成本较高。（Zhu 等，2015）膜技术对于高效的废水回收和资源回收至关重要（赵等，2024）。它能够有效分离和集中污染物，从而实现水资源的高效再利用和资源回收。
本综述重点关注用于处理生产锂离子电池前体废水的膜工艺。本综述的主要目的是研究不同电池前体生产方法中，废水再利用和资源回收的各种膜类型及膜组合工艺。总结膜工艺对锂离子电池前驱体生产废水中特定污染物处理的贡献，基于过去二十年的文献。综述首先将概述锂电池前体产生的废水。随后，它将分析所使用的膜技术，包括在集成工艺框架内与其他膜或非膜技术结合使用的技术。本综述或许能为未来电力电池废水的再利用和资源回收提供见解。