В попытке удовлетворить растущий спрос на литий команда ученых из США разработала инновационный метод экстракции этого вещества из водных растворов с почти идеальной селективностью. В его основе — мембрана, изготовленная из твердотельных электролитов аккумуляторов. Как выяснилось, она обладает подходящей кристаллической структурой и не пропускает молекулы воды и ионы с другим зарядом.
Для того чтобы сделать добычу лития менее разрушительной для окружающей среды, ведутся разработки технологий прямой экстракции лития из нетрадиционных источников, таких как пластовая вода, промышленных сточных вод и геотермальных рассолов. Однако эти методы не справляются с проблемой ионной селективности, особенно при попытках отделить литий от других ионов аналогичного размера или заряда, например, магния и натрия.
Новый подход ученых из Университета Райса основан на фундаментальном различии между твердотельными электролитами и традиционными нанопористыми мембранами. Тогда как традиционные мембраны переносят ионы при помощи гидратированных наноразмерных пор, твердотельные электролиты используют для этого безводный механизм внутри упорядоченной кристаллической решетки.
«Это означает, что ионы лития могут двигаться сквозь мембрану, в то время как другие конкурирующие ионы и даже вода качественно блокируются, — сказал Сохум Патель, первый автор статьи. — Высокая селективность нашего подхода, основанного на твердотельном электролите, делает его эффективным методом добычи лития, поскольку энергия расходуется только на перемещение нужных ионов лития через мембрану».
Ученые протестировали этот феномен в системе электродиализа, когда ионы лития двигались сквозь мембрану под действием электрического поля. Результаты оказались поразительными: даже при высокой концентрации конкурирующих ионов твердотельный электролит уверенно проявлял почти идеальную селективность лития при отсутствии других ионов в потоке продукции. Традиционные мембраны таких результатов не достигают, сообщает Science Daily.
Как выяснили ученые, причина высокой селективности — жесткая и плотная кристаллическая решетка твердотельного электролита, через которую не проходят молекулы воды и более крупные ионы, к примеру, натрия. Ионы магния тоже отторгаются решеткой, потому что у них другой заряд.
Правда, остается нерешенной другая проблема: конкурирующие ионы в растворе скапливаются на поверхности мембраны и блокируют литию доступ к местам ионного обмена. Заняться поиском решения этой проблемы ученые намерены в ближайшее время.
