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污水中也能提取“锂”?跨学科团队找到了一种省钱又高效的好方法
小科工 / 时间:2021-09-09 17:25:37

贤集网9月9日讯:任何使用手机、笔记本电脑或电动汽车的人都必须依赖锂。该元素的需求量很大,尽管世界各地的锂供应充足,但获取和提取锂仍然是一个具有挑战性且效率低下的过程。

一个由工程师和科学家组成的跨学科团队正在开发一种从受污染的水中提取锂的方法。

本周发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究可以简化从盐水中提取锂的过程,有可能创造更大的供应量并降低电池元件的成本,为电动汽车、电子产品和广泛的范围提供动力的其他设备。

目前,锂最常见的是使用太阳能蒸发从南美洲的盐水中获取,这是一个昂贵的过程,而且可能需要数年时间,此外,在这过程中还会损失大量锂。

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锂提取。图片来源:德克萨斯大学奥斯汀分校

德克萨斯大学奥斯汀分校和加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的研究小组设计了一种膜,可将锂与其他离子(如钠)精确分离,从而显着提高了收集令人垂涎的元素的效率。

德克萨斯大学奥斯汀分校 McKetta 化学工程系教授 Benny Freeman 说:“这项研究的发现对于解决锂的主要资源限制具有重要意义,并且有可能从石油和天然气生产中产生的水中提取锂用于电池和论文的合著者。”

除了盐水之外,石油和天然气生产中产生的废水也含有锂,但今天仍未开发。研究人员表示,德克萨斯州 Eagle Ford 页岩的水力压裂仅一周的水就有可能为 300 个电动汽车电池或 170 万部智能手机生产足够的锂。这个例子显示了这种新技术在大幅增加锂供应和降低依赖它的设备的成本方面的机会规模。

这一发现的核心是研究人员使用冠醚制造的新型聚合物膜,冠醚是具有特定化学功能的配体,可以结合某些离子。冠醚之前并未作为水处理膜的组成部分进行应用或研究,但它们可以针对水中的特定分子——锂提取的关键成分。

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在大多数聚合物中,钠通过膜的速度比锂快。然而,在这些新材料中,锂比钠移动得更快,钠是含锂盐水中的常见污染物。通过计算机建模,该团队发现了为什么会发生这种情况。钠离子与冠醚结合,减慢它们的速度,而锂离子保持未结合状态,使它们能够更快地通过聚合物。

这些发现代表了膜科学的一个新前沿,需要大学之间在聚合物合成、膜表征和建模模拟等领域进行全面合作。该研究得到了水和能源系统材料中心的支撑,该中心是由美国能源部资助的 UT Austin 能源前沿研究中心。


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