به گزارش ایسنا به نقل از آی‌ای، لیتیوم در آب دریا پنهان است و اکنون یک غشای رُسی دوبعدی جدید می‌تواند کلید استخراج ارزان و کارآمد آن باشد.
معادن را فراموش کنید، محل بعدی استخراج لیتیوم ممکن است از اقیانوس‌ها باشد. در یک پیشرفت بزرگ، محققان آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده(DOE) و دانشگاه شیکاگو یک فناوری غشایی پیشرفته توسعه داده‌اند که لیتیوم را از آب شور استخراج می‌کند.
این غشای جدید که با استفاده از ورمیکولیت(vermiculite)، یک خاک رُس ارزان و طبیعی فراوان که تنها حدود ۳۵۰ دلار در ازای هر تن هزینه دارد، ساخته شده است، یون‌های لیتیوم را با راندمان قابل توجهی فیلتر می‌کند و یک جایگزین بالقوه داخلی برای استخراج سنتی آن ارائه می‌دهد.
استخراج بدون معدن
در حال حاضر بیشتر لیتیوم جهان از طریق استخراج سنگ سخت یا تبخیر دریاچه نمک از تعداد انگشت‌شماری از کشورها می‌آید. این فرآیندها نه تنها پرهزینه و کند هستند، بلکه زنجیره‌های تأمین جهانی را آسیب‌پذیر می‌کنند.
با این حال، مقادیر زیادی لیتیوم در آب دریا و شورابه‌های زیرزمینی حل شده است که تاکنون استخراج آن از این منابع به طرز چشمگیری ناکارآمد بوده است.
تیم آرگون-دانشگاه شیکاگو روشی را برای لایه برداری ورمیکولیت به ورقه‌های بسیار نازک با تنها یک میلیاردم متر ضخامت ابداع کرد و سپس آنها را دوباره روی هم چید تا یک فیلتر لایه‌ای متراکم ایجاد کند. این ورقه‌ها به طرزی باورنکردنی نازک هستند، به طوری که به عنوان مواد دو بعدی طبقه‌بندی می‌شوند.
با این حال، لایه‌های خاک رس تصفیه نشده به دلیل میل ترکیبی قوی‌شان با آب، ظرف نیم ساعت از هم جدا شدند.
محققان برای حل این مشکل، غشای خاک رس دو بعدی را با ستون‌های اکسید آلومینیوم میکروسکوپی لایه‌بندی کردند و به آن ساختاری پایدار و شبیه به پارکینگ‌های طبقاتی دادند.
این معماری نه تنها غشا را در آب، سالم نگه می‌دارد، بلکه آن را قادر می‌سازد تا یون‌ها را بر اساس اندازه و بار فیلتر کند که کلید جداسازی لیتیوم از عناصر مشابه مانند منیزیم و سدیم است.
قدرت پنهان در آب‌نمک
در مرحله بعد، محققان غشا را با کاتیون‌های سدیم که در اطراف ستون‌های اکسید آلومینیوم جمع شده بودند، تزریق کردند. این کار بار سطحی غشا را از خنثی به مثبت تغییر داد. در آب شور، یون‌های لیتیوم و منیزیم هر دو بار مثبت دارند، اما منیزیم در مقایسه با لیتیوم (۱+) بار بیشتری (۲+) دارد.
غشای دارای بار مثبت، یون‌های منیزیم با بار قوی‌تر را با قدرت بیشتری دفع می‌کند و به یون‌های لیتیوم اجازه می‌دهد تا راحت‌تر عبور کنند و در عین حال منیزیم را دور نگه دارند.
محققان برای افزایش بیشتر گزینش‌پذیری، یون‌های سدیم اضافی اضافه کردند که ساختار منافذ غشا را تنگ‌تر کرد. این تغییر، به یون‌های کوچکتر مانند سدیم و پتاسیم اجازه عبور می‌دهد، در حالی که لیتیوم را با دقت بیشتری جذب می‌کند.
نتیجه یک روش فیلتراسیون مقیاس‌پذیر و کم‌هزینه است که می‌تواند ذخایر لیتیوم دست‌نخورده موجود در اقیانوس‌ها، شورابه‌های زیرزمینی و حتی فاضلاب را آزاد کند.
یینینگ لیو(Yining Liu)، نویسنده اول این مقاله و دانشجوی دکترا در دانشگاه شیکاگو گفت: غشای ما با فیلتر کردن، هم بر اساس اندازه و هم بر اساس بار یون، می‌تواند لیتیوم را با راندمان بسیار بیشتری از آب بیرون بکشد. چنین غشایی می‌تواند وابستگی ما به تأمین‌کنندگان خارجی را کاهش دهد و دری به سوی ذخایر جدید لیتیوم در مکان‌هایی که هرگز در نظر نگرفته‌ایم، بگشاید.
پیامدهای این غشا فراتر از لیتیوم است. محققان می‌گویند که می‌تواند به بازیابی سایر مواد معدنی حیاتی، از جمله نیکل، کبالت، عناصر خاکی کمیاب و حتی حذف آلاینده‌های مضر از آب آشامیدنی کمک کند.
لیو می‌گوید: انواع زیادی از این ماده رسی وجود دارد. ما در حال بررسی این هستیم که چگونه می‌تواند به جمع‌آوری عناصر حیاتی از آب دریا و شوراب‌های دریاچه نمک یا حتی پاکسازی آب آشامیدنی ما کمک کند.
این یافته‌ها در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
- 19
- 2
