白云石回收石油采出水中锂钴的机理研究：pH、温度与表面积的协同影响

《Science of The Total Environment》：Lithium and cobalt recovery from petroleum produced water using dolomite: impact of pH, temperature, and surface area

　　本文通过批式反应实验，系统揭示了白云石（dolomite）从高盐度石油采出水（PW）中同步回收锂（Li+）和钴（Co2+）的创新机制。研究发现，不同于传统吸附剂，白云石可通过表面络合（sorption）与碳酸盐矿物生成（carbonate mineral formation）的协同作用，在50℃、pH 6及微米级颗粒（2.5–2.8 μm）条件下实现Co2+高达92%、Li+达8.5%的回收率，为战略金属绿色提取提供了新思路。

　　

章节精选

批式反应实验

为系统研究pH、温度及白云石表面积对Li⁺和Co²⁺回收的影响，我们开展了三组平行批式反应实验。所有实验数据均以均值±标准差（SD）表示（n=3），图中误差棒代表±1 SD。实验采用粗细两种粒径的白云石颗粒（浓度分别为6 g/L和12 g/L），在25℃和50℃、初始pH 2–8条件下进行反应。

颗粒尺寸分布

图5展示了白云石悬浮液（0.1 g/L）两种滤液体积（10 mL和100 mL）的扫描电镜（SEM）图像及粒径分布直方图，结果显示颗粒以细颗粒为主且分散良好（图6A&B）。粒径统计分析（表3）进一步验证了细颗粒的优势分布。

结论

本研究通过批式实验揭示了白云石回收石油采出水中关键金属（Li⁺和Co²⁺）的新机制：Li⁺的回收主要依赖表面吸附反应，而Co²⁺的回收则由吸附与碳酸盐矿物生成反应共同驱动。高温（50℃）促进白云石溶解并加速矿物形成，中性pH（pH 6）可缓解H⁺与金属阳离子对活性位点的竞争。微米级白云石（2.5–2.8 μm）因高比表面积展现出最优回收性能，为复杂盐水体系中战略金属的绿色提取提供了新策略。

作者贡献声明

Marwa Elshebli：原始稿件撰写、方法论设计、实验操作与数据分析。

Javier Vilcáez：稿件审阅、研究指导、资金获取与概念构建。

James Smay：方法验证与技术支持。

资金支持

本研究受美国国家科学基金会（National Science Foundation）资助（项目号CBET-2200036）。

利益冲突声明

作者声明无已知财务利益或个人关系影响研究工作。

致谢

感谢俄克拉荷马州立大学James Puckette博士提供的实验材料支持。本文为俄克拉荷马州立大学Boone Pickens地质学院贡献论文（编号2025-144）。