Новый способ извлечения лития из растворов может повысить эффективность и снизить стоимость
Недавно учёные предложили новый способ извлечения лития из загрязнённой воды. Это может несколько упростить процесс извлечения металла из водных растворов и обеспечить его большие запасы. Соответственно, могут быть снижены затраты на производство аккумуляторов для электромобилей, смартфонов, ноутбуков и другой техники. На сегодняшний день запасы лития на планете не так велики и получение этого металла остаётся сложным и малоэффективным процессом.
Группа инженеров и учёных из Техасского университета в Остине (UT Austin) и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) предложила новый способ извлечения лития из загрязнённой воды. Результаты своего исследования они опубликовали недавно в Proceedings of the National Academy of Sciences. Предложенная методика может упростить процесс извлечения лития из водных растворов. Сейчас в Южной Америке довольно большое количество лития получают из соляных растворов с использованием солнечного испарения. Это дорогостоящий процесс, который может занимать годы и при этом теряется большая часть лития. Исследователи разработали мембраны, которые позволяют отделить литий от других ионов (например, натрия), что существенно повышает эффективность добычи металла.
Один из соавторов исследования, профессор кафедры химического машиностроения в UT Austin Бенни Фриман (Benny Freeman) сказал, что результаты исследования имеют важное значение для снятия основных ограничений с процесса извлечения лития из водного раствора. Такой раствор образуется при добыче нефти и газа. Эти сточные воды, образующиеся при добыче нефти и газа до сих пор не используются. Учёные говорят, что вода, собранная за одну неделю после гидроразрыва пласта в сланцах Eagle Ford Shale (штат Техас), может дать достаточно лития для производства 300 аккумуляторов для электромобилей или 1,7 млн смартфонов. По этим числам можно оценить масштаб предложенной методики с целью увеличения объёмов поставок лития и снижения затрат аккумуляторов, для которых он используется.
В основе предложенной методики лежит новая полимерная мембрана, которую учёные создали с помощью краун-эфиров. Это лиганды с определённой химической функциональностью, которые позволяют им связывать определённые ионы. Ранее краун-эфиры не изучались и не использовались в качестве составных частей мембран для очистки воды. Исследователи показали, что они могут воздействовать на определенные молекулы в водном растворе и осуществлять экстракцию лития.
В большинстве полимеров натрий будет проходить через эти мембраны быстрее, чем литий. В этих материалах литий проходят быстрее, чем натрий. Именно натрий является основной примесью в литийсодержащих растворах. Команда исследователей использовала компьютерное моделирование, чтобы выяснить природу этого процесса. Оказалось, что ионы натрия связываются краун-эфирами и замедляются. Ионы лития не связываются, и быстрее проходят через мембраны.
Проведённое исследование представляет собой новый этап в мембранной науке. Она потребовала масштабного взаимодействия между университетами в таких областях, как моделирование, синтез полимеров, определение параметров мембран. Работы проводились при поддержке Центра материалов для водных энергетических систем, а также исследовательского центра Energy Frontier Research Center в UT Austin, который финансируется Министерством энергетики США.
Ведущими авторами исследования выступили:
- Сэмюэл Дж. Варнок из отдела материалов UCSB;
- Рахул Суджанани и Эверетт С. Зофчак из отдела химического машиностроения МакКетта в UT Austin.
Другие участники:
- от UT Austin профессор Венкат Ганесан, профессор Фриман, Теодор Дж. Диленшнайдер;
- от UCSB, доцент кафедры химической инженерии Крис Бейтс, профессор химии Махди Абу-Омар, Калин Г. Хансон, Шу Чжао и Санджой Мукерджи.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
