Anonim

Ny avsaltningsmembran produserer både drikkevann og litium

materialer

Michael Irving

12. februar 2018

Et skanning elektronmikroskopbilde av metall-organiske rammer, krystaller som kan skille litium fra sjøvann (Kreditt: CSIRO)

Sjøvann er en kompleks cocktail av nyttige mineraler, men det er vanskelig å skille ut de spesifikke vi trenger. Nå har et team av forskere fra Australia og USA utviklet en ny vannavsaltingsteknikk som ikke bare kan gjøre sjøvannet frisk nok til å drikke, men gjenopprette litiumioner for bruk i batterier.

Nøkkelen til prosessen er metall-organiske rammer (MOFs), som har det største indre overflateområdet av noe kjent materiale. Ufoldet, et enkelt gram av materialet kan teoretisk dekke et fotballbane, og det er denne intrikate indre strukturen som gjør MOFs perfekt for å fange, lagre og frigjøre molekyler. Nylig forskning i materialet kunne se at MOFs ble satt på plass som karbonutslippssvamper, høypresisjonske kjemiske sensorer og urbane vannfiltre.

For tiden er omvendte osmosemembraner den mest brukte teknologien for vannfiltrering, og de fungerer på et ganske enkelt prinsipp. Membranens porene er store nok til at vannmolekylene skal passere, men for små for de fleste forurensninger. Problemet er at arbeidet, krever disse systemene at vann pumpes gjennom ved relativt høyt trykk.

MOF-membraner, derimot, kan være mer selektive og effektive. Forskere ved Monash University, CSIRO og University of Texas i Austin har nå utviklet en slik membran. Designet ble inspirert av "ion selektivitet" av biologiske cellemembraner, slik at MOF-materialet dehydrerer bestemte ioner når de passerer gjennom. Enda bedre, disse filtrene krever ikke vann som skal tvinges gjennom, og sparer også på energibruk.

"Vi kan bruke våre funn for å løse utfordringene med vannavsalting, " sier Huanting Wang, forfatter av den nye studien. "I stedet for å stole på dagens kostbare og energiintensive prosesser, åpner denne undersøkelsen potensialet for å fjerne saltioner fra vann på en langt mer energieffektiv og miljømessig bærekraftig måte. "

Men rent drikkevann er ikke det eneste sluttproduktet av MOF-membranen. Litium er i stor etterspørsel, takket være litiumionbatterier som driver alt fra smarttelefoner til elektriske biler. Disse ioner blir etterlatt i svampete strukturen, klar for å ta.

"Litiumioner er rikelig i sjøvann, så dette har implikasjoner for gruveindustrien som for tiden bruker ineffektive kjemiske behandlinger for å trekke ut litium fra bergarter og kuller, " sier Wang. "Den globale etterspørselen etter litium som kreves for elektronikk og batterier er meget høy. Disse membranene gir potensialet for en meget effektiv måte å trekke ut litiumioner fra sjøvann, en rikelig og lett tilgjengelig ressurs. "

Teknikken kan også settes på jobb filtrering avløpsvann fra industrielle prosesser som fracking.

"Produsert vann fra skifer gassfelt i Texas er rik på litium, " sier Benny Freeman, medforfatter av studien. "Avanserte separasjonsmaterialekonsept som våre kan potensielt gjøre denne avfallsstrømmen til en ressursutvinnings mulighet. "

Forskerne sier at de planlegger å fortsette å studere hvordan man gjør MOFs enda bedre å velge for litiumioner.

Studien ble publisert i tidsskriftet Science Advances .

Kilder: CSIRO, UT Austin, Monash University via Science Daily

Et skanning elektronmikroskopbilde av metall-organiske rammer, krystaller som kan skille litium fra sjøvann (Kreditt: CSIRO)

Anbefalt Redaksjonens