Команда KAUST разрабатывает электрические

Исследователи из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии разработали непрерывный мембранный процесс с электрическим приводом, который успешно обогащает литий из образцов морской воды Красного моря в 43 000 раз (т.е. от 0,21 до 9013,43 частей на миллион) с номинальным Селективность по Li/Mg >45 миллионов.

Они осаждали фосфат лития чистотой 99,94% непосредственно из обогащенного раствора, тем самым отвечая требованиям чистоты для применения в производстве литиевых батарей. Предварительный экономический анализ показывает, что этот процесс можно сделать рентабельным в сочетании с производством хлорщелочи.

Статья об их работе в открытом доступе опубликована в журнале RSC Energy & Environmental Science.

Морская вода содержит значительные количества лития — примерно в 5000 раз больше, чем на суше, — что потенциально обеспечивает практически неограниченный ресурс лития для удовлетворения быстрого роста спроса на литиевые батареи. Однако извлечение лития из морской воды является исключительно сложной задачей из-за его низкой концентрации (~ 0,1–0,2 ppm) и обилия мешающих ионов (т.е. > 13000 ppm ионов натрия, магния, кальция и калия и других).

Присутствие одновалентных ионов, таких как натрий и калий, не является серьезной проблемой при обычном методе осаждения, поскольку их соли хорошо растворимы. Вместо этого ключевыми факторами, которые следует учитывать, являются концентрация лития и соотношение лития с другими многовалентными ионами, такими как Mg2+ и Ca2+.

С точки зрения разделения мембранный процесс является одним из наиболее энергоэффективных методов, позволяющим сэкономить до 90% энергии во многих промышленно важных процессах разделения. Кроме того, этот процесс выполняется непрерывно и его легко масштабировать. В отличие от традиционных мембранных процессов, в которых транспорт происходит по градиенту концентрации, мембранный процесс с электрическим приводом может повысить концентрацию; эта система была коммерциализирована для использования при очистке водорода. Поскольку литий обладает одним из самых маленьких размеров ионов, мы посчитали, что технически возможно использовать мембрану молекулярного сита для обогащения лития и удаления многовалентных ионов при доступных затратах энергии. После обогащения литий можно легко извлечь обычным методом осаждения.

Электрическая ячейка, использованная в статье, была разделена на три отсека: катод, питание и анод. Катод и питающие отсеки были разделены плотной мембраной из стекла типа Li0,33La0,56TiO3 (LLTO) диаметром ~20 мм и толщиной ~55 мкм.

LLTO — один из лучших твердотельных литий-ионных сверхпроводников. Мембрана LLTO доказала, что обеспечивает эффективное разделение лития и других мешающих ионов, а также высокую скорость проникновения лития.

Схематическая иллюстрация трехкамерной электрической ячейки для непрерывного обогащения лития из подаваемого в катодное отделение раствора и одновременной генерации H2 и Cl2 на катоде и аноде соответственно. Ли и др.

Питающий отсек и анодный отсек были разделены анионообменной мембраной (АЕМ), которая обеспечивает транспорт только анионов. Использование мембраны и использование насыщенного раствора NaCl в анодном отделении позволяют высвободить Cl2, что необходимо для предотвращения растворения хорошо растворимого Cl2 в большом объеме потока сырья.

Буферный раствор CO2 и фосфата стабилизирует pH и продлевает срок службы мембраны. Команда обнаружила, что мембрану LLTO можно использовать более 2000 часов с незначительным снижением производительности.

Хотя строгий экономический анализ по-прежнему необходим для включения других капитальных и эксплуатационных расходов, можно утверждать, что стоимость энергии является основной статьей расходов в этом процессе. Кроме того, этот процесс имеет дальнейший потенциал для оптимизации и его сочетания с опреснением морской воды для создания инновационных проектов в рамках схемы связи «энергия-вода», что еще больше повысит рентабельность процесса. Следовательно, ожидается, что наш подход приведет к разработке многообещающего процесса, обеспечивающего поставки лития для будущих энергетических целей.