PNAS: Создан реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов

Новое устройство, которое позволяет добывать литий из природных соляных растворов, создали исследователи из Университета Райса. Этот метод может помочь удовлетворить растущий спрос на литий, который используется в аккумуляторах электромобилей и системах хранения возобновляемой энергии.

Литий — это очень важный элемент для создания аккумуляторов электромобилей и систем хранения энергии от солнечных панелей и ветрогенераторов. Но добывать литий сложно: это требует много энергии и усилий, чтобы отделить его от других элементов.

Теперь ученые нашли новый способ добычи лития, который описан в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Это открытие может сделать хранение возобновляемой энергии более удобным, а электромобили — более доступными.

Природные рассолы — это соленая вода, которая содержится в горячих источниках глубоко под землей. В такой воде есть вещество литий, которое нужно для производства аккумуляторов и другой техники. Но добыть его сложно, потому что в этих водах много других похожих веществ, таких как натрий, калий, магний и кальций.

Из-за того что литий и другие вещества очень похожи по размеру и свойствам, их трудно разделить. Это требует больше энергии и приводит к образованию химических отходов.

Кроме того, в рассолах много ионов хлора. Если использовать обычные методы для получения лития, то может образоваться хлорный газ, который опасен для человека.

Команда инженеров из университета Райса, которой руководят Лиза Бисвал и Хаотиан Ванг, разработала новый трехкамерный реактор для добычи лития из соленой воды.

В отличие от старых методов, в этом реакторе есть специальная средняя камера с пористым материалом, похожим на сеть, через который проходит рассол. Этот материал не дает происходить нежелательным реакциям и контролирует поток ионов.

Мембрана LICGC обладает двумя важными свойствами: она хорошо пропускает одни частицы и не пропускает другие, а также позволяет проходить через себя только определенным частицам. Это помогает ей отделять нужный нам литий от других элементов, таких как калий, магний и кальций, которые встречаются в соленой воде.

Обычно такие мембраны используют в батареях, но мы нашли новый способ их применения — для эффективного отделения лития от других ионов.

Наш метод позволяет получить более чистый литий и при этом меньше загрязнять окружающую среду по сравнению с обычными способами добычи, — объясняет аспирант Юге Фенг, который руководил исследованием.

Мы создали устройство, которое уменьшает образование ненужных веществ и улучшает процесс отделения лития.

Экспериментальная установка отлично себя показала. Она очищает литий от других элементов, и в результате получается очень качественное вещество — гидроксид лития. Это важный компонент для производства аккумуляторов.

Еще одно преимущество новой конструкции установки — она производит меньше вредного хлорного газа. Благодаря этому работать с ней безопаснее. Исследователи считают, что эта технология позволит эффективно добывать литий из сложных источников, например, гео термальных рассолов.

Этот реактор может сделать добычу лития более действенной и менее вредной для природы, — сказала профессор Бисвал, который занимается химическим машиностроением.

Вместе с Ванг они придумали этот реактор.

Ученые обнаружили, что в реакторе со временем могут возникать проблемы. Они выяснили, что ионы натрия накапливаются на поверхности специальной мембраны и мешают переносить литий. Из-за этого потребление энергии увеличивается, а эффективность извлечения лития может снизиться.

Исследователи придумали способы решения этой проблемы. Например, можно уменьшить силу тока. Также они предложили изучить возможность покрытия поверхности или изменения силы тока пульсирующими волнами. Это поможет сделать реактор более эффективным.

Это исследование предлагает новый, более эффективный и быстрый способ получения лития из геотермальных вод. Литий необходим для создания технологий возобновляемой энергетики.

Мы давно искали способы сделать добычу лития более эффективной и менее вредной для окружающей среды, — говорит Ванг, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии.

Наш новый метод — это пример того, как научные знания и инженерное искусство могут помочь решить реальные проблемы.

14.11.2024