Потребность в литии на Земле настолько велика, что вскоре это может стать проблемой глобального масштаба. Его ресурсы на планете крайне ограничены, тогда как спрос на это базовое сырье для производства аккумуляторов постоянно растет. Одним из решений проблемы дефицита лития может стать его извлечение из отработанных аккумуляторов. Однако пока это крайне затратный, грязный и очень длительный процесс. Но его можно ускорить, утверждают ученые.
Исследователи из Университета Райса работали над созданием «зеленой» технологии извлечения лития из бывших в употреблении батарей. Они начали с того, что позаимствовали рецепт растворителя из области «зеленой» химии. Химики, как и все остальные озабоченные экологией ученые, искали для реакций с растворителями что-то более безопасное для окружающей среды. Такой находкой стали открытые в начале 2000-х годов глубокие эвтектические растворители (ГЭР или DES, по-английски). Это экологически чистые жидкости, которые оказались способны осаждать литий и другие металлы из раствора.
«Скорость [традиционного] восстановления очень низкая, потому что литий обычно выпадает в осадок последним после всех других металлов, поэтому нашей целью было выяснить, как мы можем воздействовать конкретно на литий, — пояснила Сальма Алхашим (Salma Alhashim), которая является одним из ведущих авторов исследования. — Здесь мы использовали DES, представляющий собой смесь хлорида холина и этиленгликоля, зная из нашей предыдущей работы, что во время выщелачивания в этом DES литий оказывается в окружении хлорид-ионов из хлорида холина и выщелачивается в раствор».
Но это было лишь частичным решением проблемы ускоренного восстановления лития из раствора. В целом было известно о таком свойстве хлорида холина, как усиленное поглощение этим соединением микроволнового излучения. И это стало отличным катализатором процесса! Исследователи смогли выделить литий почти в 100 раз быстрее, чем в традиционной масляной ванне. Фактически, им потребовалось всего 15 минут, чтобы восстановить 87 % лития — процесс, который занял бы 12 часов при использовании масляной ванны.
«Это позволило нам избирательно выщелачивать литий по сравнению с другими металлами, — рассказала Сохини Бхаттачарья (Sohini Bhattacharyya), другой ведущий автор работы. — Использование микроволнового излучения для этого процесса сродни тому, как кухонная микроволновая печь быстро разогревает пищу. Энергия передается непосредственно молекулам, благодаря чему реакция протекает намного быстрее, чем при обычных методах нагрева».
Поскольку химические составы DES-растворителей меняются достаточно гибко, их можно настраивать на извлечение других элементов из растворов, например, кобальта или никеля. Процесс оказывается настолько чистым и быстрым, что это может многое изменить в будущих цепочках поставок и утилизации литийсодержащих аккумуляторов.
