据薄膜新材网微信公众平台2018年11月11日讯 锂通常采自盐湖,但这是一种耗时耗能的工艺,目前主要生产商来自南美、澳大利亚、中国和非洲,而在美国则只有一个来源——内华达州拉斯维加斯南部的干涸湖床。
但另一方面,锂却又近在咫尺,它存在于整个地球的海水里,以及某些地质构造的地下水中。然而因为各种的锂浓度很低,之前并没有经济划算的方法来进行提取。
近日,澳洲和美国科学家称最近声称有一个变废为宝的工艺可以解决这个问题——在海水淡化的副产物里提取大量的锂。
这种新工艺由澳大利亚的莫纳什大学和德克萨斯大学奥斯汀分校的研究员发明,它使用了一种叫做金属有机骨架(MOF)的新型纳米孔结晶材料 ,这种海绵状的复合材料具有特殊过滤性能,例如可以从沙漠空气中提取水。
目前锂价约为每磅100美元,海水淡化厂若能出售高纯度锂,则可显著地抵消其生产纯水的高成本,这将有助于为这个干涸的星球提供新的淡水供应渠道。
重要的是,这工艺也适用于石油和天然气井产生的含盐废水,这些废水如今经常直接注入地下。
锂有多常见?
该研究团队成员,德克萨斯大学化学工程教授班尼·弗里曼(Benny Freeman)提到,锂在海水里的浓度相当低,大概只有1ppm,甚至更低。德州附近的盐水可以上到1000ppm。正因为如此,大家现在争相在德州的油田测定锂的浓度。
德克萨斯大学化学工程教授班尼·弗里曼(Benny Freeman)
它的开采速度比寻找新资源的速度要快得多,因此人们在各地寻找新的锂源。
但也不是所有的地下水里都能找到锂,班尼·弗里曼认为,锂往往藏于跟过去火山活动有关的岩石流出的水里,德州正是这样的情况。很多发现了锂的地方往往跟很久以前火山活跃的地形有关。又例如人们在欧洲的一些天然泉水力找到锂,这也是跟火山源岩有关。
研究团队采用提取装置MOFs可以分离等价或等电荷离子的能力,这对于像用于海水淡化等商用膜来说是很罕见的,例如它们不能分离钠离子和锂离子。
什么是MOFs?
金属有机框架(metal-organic framework,简称:MOF)是由金属离子或团簇与有机配体在一定条件下通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的晶体框架材料。
MOF的放大图像(图源: UC Berkeley)
这类材料比表面积大,孔径大小和形状可调,容易进行修饰,这就像你可以控制一个建筑的门的大小,只有人可以进去,但马进不去,又或者小孩能进去,但大人进不去。
这就是MOFs的选择透过性,使其在催化、分离和纯化、气体吸附、能源等领域具有广阔的应用前景。
在MOF中,锂实际上在通过膜通道之前就会把水甩掉,这么一来,它倒成了那一系列离子中最小的那个,也就是说它比其他离子跑得更快了。
它的工作方式就是让这些膜与含有锂、盐和其他离子的溶液接触,而锂则是最快通过膜的离子,这样就能从溶液中选择性地富集锂。
研究人员做过一些计算,例如可以从油井的采油废水里提取多少锂,数量还是相当可观的,基本上一口井在一周内可以产生约4300加仑的废水,从中可以提取足够的锂来生产160万部iPhones或者200台特斯拉的Model S。
这可仅仅是一口井一周的产能,但目前它们都被当作废水泵回地下,而海水淡化厂产生的浓缩液则会回到海洋,所以这真的相当于你在垃圾堆里找到黄金一样。