美國發明奇葩繩子撈鋰:效率暴增成本大降,或徹底改變全球鋰格局

2023-12-09     魅力科學君

原標題:美國發明奇葩繩子撈鋰:效率暴增成本大降,或徹底改變全球鋰格局

鋰是元素周期表中的3號元素,其單質是一種銀白色的金屬,由於鋰的化學性質活潑,容易發生化學反應形成電流,並且密度小,質量輕,因此鋰被認為是製造各種電池的理想選擇,目前已被廣泛應用於手機、筆記本電腦、電動汽車、儲能系統等多種領域之中。

由於化學性質活潑,鋰在自然界中只能以化合物的形式存在,所以我們想要在自然界提取到鋰,還需要費一番周折。

就目前的情況來看,人類在自然界中能夠提取到的鋰,主要存在於鹽湖滷水、地下滷水以及各種含鋰礦物(如鋰輝石、鋰雲母、磷鋁石礦等)之中,傳統的鋰提取方法通常都需要占用大量的土地和時間,還要付出相對較大的環境代價以及成本。

比如說滷水萃取就需要建造一系列巨大的蒸發池,將含鋰的滷水不斷蒸發,直到鋰濃度達到一定程度,然後再用化學方法進行分離和純化。這個過程不但會占用大量的土地和時間,還需要消耗大量的水資源和能量,並且成本也比較高,還會造成土壤鹽漬化、生態破壞等等問題。

所以人們也一直在致力於開發成本更低,效率更高,也更清潔的鋰提取技術。一項發表在《自然·水》雜誌2023年9月刊上的研究表明,一個來自美國普林斯頓大學的研究團隊,發明了一種奇葩的繩子撈鋰技術,根據研究人員的介紹,與傳統的鋰提取方法相比,這種技術效率暴增且成本大降,未來或將徹底改變全球鋰格局。

這種技術的核心就是一種多孔的纖維,由它們編織成的繩子,其內部親水,表面疏水,當這種繩子浸入含鋰的滷水中時,水分就會通過毛細作用沿著繩子向上運動,而當水分到達繩子的表面時,就會迅速蒸發,留下鹽分,隨著水分的不斷蒸發,鹽分的濃度越來越高,最終在繩子上形成氯化鈉和氯化鋰的晶體,可以方便地收集。

重要的是,這種繩子撈鋰技術除了能濃縮鹽分之外,還能夠實現鋰和鈉的自然分離,這是由於它們的物理性質不同造成的,簡而言之,鈉鹽的溶解度較低,所以它會在繩子的下部結晶,而鋰鹽的溶解度較高,所以它會在繩子的上部結晶,這就使得研究人員能夠分別收集鋰鹽和鈉鹽,而不需要像傳統提取技術那樣使用額外的化學物質。

儘管這個原理看上去很簡單,但實現起來並不容易,實際上,研究團隊花了大約兩年的時間,進行了大量的實驗和優化,才找到了合適的纖維材料和結構,這種纖維主要由聚丙烯和聚乙烯兩種塑料混合製成,它們的比例和溫度會影響纖維的親水性和疏水性。

研究人員通過調整這些參數,使得纖維的內部具有足夠的親水性,可以有效地吸收水分,而纖維的表面具有足夠的疏水性,可以防止水分在表面停留,從而加快蒸發速度。

此外,研究人員還通過改變纖維的直徑和密度,來控制繩子的毛細作用和蒸發效率,他們發現,較細的纖維和較稀的繩子可以提高水分的上升速度和蒸發速度,但是也會降低繩子的穩定性和強度,在經過大量的實驗之後,他們才找到了一個平衡點,進而達到了相對最佳的提取效果。

此項技術已經實驗室中被證實是有效的,研究人員使用了多種滷水,其中含有不同濃度的鋰和鈉,實驗結果表明,繩子上的鋰鹽和鈉鹽可以很好地分離,並且繩子上的鋰鹽和鈉鹽的含量和純度,符合他們事先的預期。

研究人員表示,這種繩子撈鋰技術至少具備4種優勢:

  • 1、可以大幅減少鋰生產所需的土地面積,如果設計合理,估計可以比傳統的蒸發池少用90%的土地面積量,而付出的環境代價以及成本也將因此大幅減少。
  • 2、可以大大縮短鋰生產所需的時間,因為繩子上的水分蒸發速度比蒸發池中的水分蒸發速度快得多,根據實驗所得的數據可以估算出,使用這種技術,從滷水中提取鋰的效率將比傳說的蒸發池高出20倍左右;
  • 3、使用繩子撈鋰技術提取到的鋰,其提取率也有相當大的提升,與傳統的蒸發池相比,根據實驗所得的數據可以估算出,從含鋰濃度為200毫克/升的滷水中提取鋰,可以達到90%的提取率,而傳統的蒸發池通常只能達到50%左右。
  • 4、可以在較低濃度的鋰資源中有效地提取鋰。

正因為這些優勢,該團隊才認為此次發明繩子撈鋰技術,將會使我們提取鋰的效率暴增且成本大降,同時對環境的影響也會大幅降低。

研究人員表示,這項技術還有很大的改進空間和應用潛力,他們計劃在未來的研究中,進一步優化纖維的材料和結構,提高繩子的穩定性和耐久性,以適應更低濃度的鋰資源,在技術成熟的情況下,未來我們將可以利用這項技術直接在海水中大量地提取鋰。

根據科學家的估算,地球海洋中的鋰儲量高達2600億噸,只不過由於海水中的鋰濃度太低,人類才沒有從中提取,所以我們不難想像,如果真是這樣的話,那未來全球的鋰格局就將會徹底改變。

文章來源: https://twgreatdaily.com/dbe501b7fb91c0108c3b134f3161c3cc.html