Спрос на литий растет из-за его использования в аккумуляторах для мобильных устройств, автомобилей и экологически чистых накопителей энергии. Обеспечение доступа к природным месторождениям минерала в настоящее время является вопросом стратегической важности, но литий можно найти и в других местах в природе.

В качестве альтернативы добыче полезных ископаемых исследователи Имперского университета создали технологию, которая может использоваться для эффективного извлечения золота из источников соленой воды, таких как рассолы соленых озер или геотермальные рассолы.

Традиционное извлечение лития из рассолов занимает месяцы и использует значительное количество воды и химикатов, что приводит к выбросам парниковых газов в процессе. Альтернатива, разработанная доктором Цилей Сонгом и его командой в Департаменте химической инженерии, использует мембрану, которая отделяет литий от соленой воды, фильтруя его через крошечные поры.

Обычный недостаток этого подхода заключается в том, что поры также пропускают магний и другие загрязняющие вещества, но команда разработала класс специальных полимеров, которые являются высокоселективными для лития. Подробности метода и того, как его можно масштабировать для практического применения, только что были опубликованы в журнале Nature Water.

Полимеры с собственной микропористостью

Более десяти лет доктор Сонг работал над новым поколением синтетических полимерных мембран, основанных на материалах, известных как полимеры с внутренней микропористостью (PIM). Эти полимеры пронизаны крошечными микропорами в форме песочных часов, которые обеспечивают упорядоченные каналы, по которым могут перемещаться небольшие молекулы и ионы.

В этом новом исследовании команда доктора Сонга настроила микропоры так, чтобы они стали высокоселективными для лития. При использовании в устройстве для электродиализа ионы лития эффективно вытягиваются через микропоры мембраны электрическим током, в то время как более крупные ионы магния остаются.

Испытания этих мембран PIM на имитированных рассолах соленых озер показали их высокую селективность к литию и позволили получить карбонат лития высокой чистоты для аккумуляторных батарей.

Однако, если эти мембраны должны иметь практическое применение, их необходимо производить в больших количествах. К счастью, полимеры растворимы в обычных растворителях и могут быть превращены в мембраны с использованием устоявшихся промышленных технологий.

«Пути синтеза полимеров основаны на коммерчески доступных мономерах и простых химических модификациях, что делает масштабирование мембран относительно простым», — сказал Динчан Ян, аспирант в группе 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

Imperial подала патентные заявки на эти мембраны и ряд различных применений, включая извлечение лития. Доктор Сонг в настоящее время работает с Imperial Enterprise и ChemEng Enterprise, инициативой по передаче технологий Департамента химической инженерии, чтобы изучить потенциальную коммерциализацию технологии.

«Мы находимся в процессе создания компании, занимающейся климатическими технологиями, и стремимся наладить партнерские отношения с компаниями по добыче лития в крупных масштабах с использованием настоящих соляных растворов», — сказал он.

Изоляция лития — это только начало потенциала этих высокоселективных мембран. «Эта технология имеет огромный потенциал в различных коммерчески важных областях: от хранения энергии до очистки воды и восстановления критически важных материалов в экономике замкнутого цикла », — сказал профессор Сандро Маккьетто, директор по предпринимательству в Департаменте химической инженерии.

Одно из направлений исследований будет использовать ионообменные полимеры и селективный электродиализ для извлечения меди и других ионов металлов из технологических вод горнодобывающей промышленности. «Это хорошо согласуется с устойчивым извлечением критически важных материалов, которое осуществляется Центром будущих материалов Rio Tinto в Imperial», — сказал доктор Сонг.