任何使用手機、筆記本電腦或電動(dòng)汽車(chē)的人都必須依賴(lài)鋰。該元素的需求量很大，盡管世界各地的鋰供應充足，但獲取和提取鋰仍然是一個(gè)具有挑戰性且效率低下的過(guò)程。

一個(gè)由工程師和科學(xué)家組成的跨學(xué)科團隊正在開(kāi)發(fā)一種從受污染水體中提取鋰的方法。

近日，發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的新研究可以簡(jiǎn)化從鹽水中提取鋰的過(guò)程，有可能創(chuàng )造更大的供應量并降低電池元件的成本，為電動(dòng)汽車(chē)、電子產(chǎn)品和廣泛的范圍提供動(dòng)力的其他設備。

目前，鋰最常見(jiàn)的是使用太陽(yáng)能蒸發(fā)從南美洲的鹽水中獲取，這是一個(gè)昂貴的過(guò)程，而且可能需要數年時(shí)間，此外，在這過(guò)程中還會(huì )損失大量鋰。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校的研究小組設計了一種膜，可將鋰與其他離子（如鈉）精確分離，從而顯著(zhù)提高了收集令人垂涎的元素的效率。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校 McKetta 化學(xué)工程系教授 Benny Freeman 說(shuō)：“這項研究的發(fā)現對于解決鋰的主要資源限制具有重要意義，并且有可能從石油和天然氣生產(chǎn)中產(chǎn)生的水中提取鋰用于電池和論文的合著(zhù)者?！?/p>

除了鹽水之外，石油和天然氣生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水也含有鋰，但今天仍未開(kāi)發(fā)。

研究人員表示，德克薩斯州 Eagle Ford 頁(yè)巖的水力壓裂僅一周的水就有可能為 300 個(gè)電動(dòng)汽車(chē)電池或 170 萬(wàn)部智能手機生產(chǎn)足夠的鋰。這個(gè)例子顯示了這種新技術(shù)在大幅增加鋰供應和降低依賴(lài)它的設備的成本方面的機會(huì )規模。

這一發(fā)現的核心是研究人員使用冠醚制造的新型聚合物膜，冠醚是具有特定化學(xué)功能的配體，可以結合某些離子。

冠醚之前并未作為水處理膜的組成部分進(jìn)行應用或研究，但它們可以針對水中的特定分子——鋰提取的關(guān)鍵成分。

在大多數聚合物中，鈉通過(guò)膜的速度比鋰快。然而，在這些新材料中，鋰比鈉移動(dòng)得更快，鈉是含鋰鹽水中的常見(jiàn)污染物。

通過(guò)計算機建模，該團隊發(fā)現了為什么會(huì )發(fā)生這種情況。鈉離子與冠醚結合，減慢它們的速度，而鋰離子保持未結合狀態(tài)，使它們能夠更快地通過(guò)聚合物。

這些發(fā)現代表了膜科學(xué)的一個(gè)新前沿，需要大學(xué)之間在聚合物合成、膜表征和建模模擬等領(lǐng)域進(jìn)行全面合作。該研究得到了水和能源系統材料中心的支持，該中心是由美國能源部資助的 UT Austin 能源前沿研究中心。