13.03.2025
Спрос на литий растёт из-за его использования в аккумуляторах для мобильных устройств, автомобилей и накопителей чистой энергии. Обеспечение доступа к природным месторождениям этого минерала сейчас имеет стратегическое значение, но литий можно найти и в других местах.
В качестве альтернативы добыче лития учёные из Имперского колледжа создали технологию, которая может быть использована для эффективного извлечения соли из солёных источников, таких как рассолы солёных озёр или геотермальные рассолы.
Традиционная добыча лития из рассолов занимает несколько месяцев и требует значительного количества воды и химикатов, в процессе чего образуются выбросы парниковых газов. Альтернативный метод, разработанный доктором Цили Сонг и его командой на факультете химической инженерии, использует мембрану, которая отделяет литий от солёной воды, пропуская её через крошечные поры.
Обычный недостаток этого подхода заключается в том, что поры пропускают также магний и другие загрязняющие вещества, но команда разработчиков создала класс специальных полимеров, которые обладают высокой избирательностью в отношении лития.
Подробности метода и способы его масштабирования для практического применения только что опубликованы в журнале Nature Water.
Полимеры с присущей им микропористостью
Более десяти лет доктор Сонг работал над новым поколением синтетических полимерных мембран на основе материалов, известных как полимеры с внутренней микропористостью (PIM). Эти полимеры пронизаны крошечными микропорами в форме песочных часов, которые образуют упорядоченные каналы, по которым могут перемещаться небольшие молекулы и ионы.
В этом новом исследовании команда доктора Сонга усовершенствовала микропоры, чтобы они стали высокоселективными по отношению к литию. При использовании в устройстве для электродиализа ионы лития эффективно проходят через микропоры мембраны под действием электрического тока, в то время как более крупные ионы магния остаются.
При тестировании на имитаторе рассола из солёного озера эти мембраны PIM показали высокую селективность по литию и позволили получить карбонат лития высокой чистоты для аккумуляторов.
Однако, чтобы эти мембраны можно было использовать на практике, их необходимо производить в больших количествах. К счастью, полимеры растворяются в обычных растворителях и могут быть превращены в мембраны с помощью стандартных промышленных методов.
«Пути синтеза полимеров основаны на использовании коммерчески доступных мономеров и простых химических модификациях, что делает масштабирование мембран относительно простым», — сказал Динчан Ян, аспирант из группы доктора Сонга, который руководил экспериментальной работой. Их также можно легко встраивать в коммерческие мембранные модули и комбинировать с другими процессами разделения, что также ускорит их использование.
Коммерческие перспективы
Компания Imperial подала патентные заявки на эти мембраны и ряд различных способов их применения, включая извлечение лития. Доктор Сонг в настоящее время работает с компаниями Imperial Enterprise и ChemEng Enterprise, занимающимися передачей технологий на факультете химической инженерии, чтобы изучить возможность коммерциализации этой технологии.
«Мы находимся в процессе создания компании, занимающейся климатическими технологиями, и стремимся наладить партнёрские отношения с компаниями для крупномасштабной добычи лития с использованием реальных рассолов», — сказал он.
Изоляция лития — это лишь начало использования потенциала этих высокоселективных мембран.
«Эта технология обладает огромным потенциалом в различных коммерчески важных областях, от хранения энергии до очистки воды и восстановления критически важных материалов в рамках экономики замкнутого цикла», — сказал профессор Сандро Маккиетто, директор предприятия на факультете химической инженерии.
Одно из направлений исследований будет заключаться в применении ионообменных полимеров и селективного электродиализа для извлечения меди и других ионов металлов из сточных вод горнодобывающей промышленности.
«Это хорошо сочетается с устойчивой добычей критически важных материалов, которой занимается Центр перспективных материалов Rio Tinto в Имперском колледже», — сказал доктор Сонг.
Источник: Tech Xplore
