污水中也能提取“鋰”？跨學(xué)科團(tuán)隊找到了一種省錢又高效的好方法

任何使用手機、筆記本電腦或電動汽車的人都必須依賴鋰。該元素的需求量很大，盡管世界各地的鋰供應(yīng)充足，但獲取和提取鋰仍然是一個具有挑戰(zhàn)性且效率低下的過程。

一個由工程師和科學(xué)家組成的跨學(xué)科團(tuán)隊正在開發(fā)一種從受污染水體中提取鋰的方法。

近日，發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的新研究可以簡化從鹽水中提取鋰的過程，有可能創(chuàng)造更大的供應(yīng)量并降低電池元件的成本，為電動汽車、電子產(chǎn)品和廣泛的范圍提供動力的其他設(shè)備。

目前，鋰最常見的是使用太陽能蒸發(fā)從南美洲的鹽水中獲取，這是一個昂貴的過程，而且可能需要數(shù)年時間，此外，在這過程中還會損失大量鋰。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校的研究小組設(shè)計了一種膜，可將鋰與其他離子（如鈉）精確分離，從而顯著提高了收集令人垂涎的元素的效率。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校 McKetta 化學(xué)工程系教授 Benny Freeman 說：“這項研究的發(fā)現(xiàn)對于解決鋰的主要資源限制具有重要意義，并且有可能從石油和天然氣生產(chǎn)中產(chǎn)生的水中提取鋰用于電池和論文的合著者。”

除了鹽水之外，石油和天然氣生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水也含有鋰，但今天仍未開發(fā)。

研究人員表示，德克薩斯州 Eagle Ford 頁巖的水力壓裂僅一周的水就有可能為 300 個電動汽車電池或 170 萬部智能手機生產(chǎn)足夠的鋰。這個例子顯示了這種新技術(shù)在大幅增加鋰供應(yīng)和降低依賴它的設(shè)備的成本方面的機會規(guī)模。

這一發(fā)現(xiàn)的核心是研究人員使用冠醚制造的新型聚合物膜，冠醚是具有特定化學(xué)功能的配體，可以結(jié)合某些離子。

冠醚之前并未作為水處理膜的組成部分進(jìn)行應(yīng)用或研究，但它們可以針對水中的特定分子——鋰提取的關(guān)鍵成分。

在大多數(shù)聚合物中，鈉通過膜的速度比鋰快。然而，在這些新材料中，鋰比鈉移動得更快，鈉是含鋰鹽水中的常見污染物。

通過計算機建模，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了為什么會發(fā)生這種情況。鈉離子與冠醚結(jié)合，減慢它們的速度，而鋰離子保持未結(jié)合狀態(tài)，使它們能夠更快地通過聚合物。

這些發(fā)現(xiàn)代表了膜科學(xué)的一個新前沿，需要大學(xué)之間在聚合物合成、膜表征和建模模擬等領(lǐng)域進(jìn)行全面合作。該研究得到了水和能源系統(tǒng)材料中心的支持，該中心是由美國能源部資助的 UT Austin 能源前沿研究中心。

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