膜技术的应用：水源锂供应的重大突破

来自 实验室仪器网

近日科学家开发了一种新的膜技术，可以有效地将锂与水分离。这可能有助于应对不断增长的需求和潜在的供应链挑战。

锂是元素周期表上最轻的金属，在现代技术中发挥着至关重要的作用。其重量轻、能量密度高，可用于电动汽车、手机、笔记本电脑和军事设备，在这些设备中，重量最小化很重要。随着需求的增长，对供应和可靠性的担忧也越来越大。

研究团队开发的新膜为国内锂提取提供了一种潜在的低成本和丰富的替代品。

目前，世界上大部分锂仅来自少数国家的硬岩开采和盐湖，这使得供应链容易受到中断。然而，地球上的绝大多数锂都溶解在咸水和地下咸水资源中。

问题出在哪里？事实证明，从这些不寻常的来源中提取它成本过高、能源密集型且效率低下。传统技术很难将锂与钠和镁等丰富元素分离出来。

在盐水中，锂和其他元素以阳离子的形式存在——由于电子损失而带正电荷的原子。有效的锂提取取决于根据其他阳离子的大小和电荷去除其他阳离子。

新型膜提供了一种成本更低且实用的选择。它由蛭石制成，蛭石是一种天然存在的粘土，每吨成本约为 350 美元。研究人员开发了一种将蛭石分离成非常薄的层（厚度仅为十亿分之一米）的工艺，并将它们重新排列成堆叠结构。由于这些层非常薄，因此它们被归类为二维 （2D）。

然而，未经处理的粘土层会在 30 分钟内在水中分解。发生这种情况是因为粘土强烈吸水。

为了防止这种情况发生，该团队在各层之间添加了微小的氧化铝柱。这种结构类似于正在建设中的多层停车场，每一层都有坚固的柱子支撑。柱子通过中和膜的负表面电荷来稳定膜。这一步是提高膜耐久性的关键。

接下来，研究人员添加了钠阳离子。它们聚集在氧化铝柱周围，并将膜的表面电荷从中性变为正。在水中，镁和锂都带正电荷。镁的电荷为 +2，而锂的电荷为 +1。带正电的膜比锂更强烈地排斥带电量更高的镁离子。这使得膜能够选择性地保留锂，同时排除镁。

为了进一步提高选择性，该团队添加了更多的钠离子。这减小了膜孔的大小。结果，膜捕获较大的锂离子，同时允许钠和钾等较小的离子通过。

通过离子大小和电荷进行过滤，我们的膜可以更有效地将锂从水中拉出。这样的膜可以减少我们对外国供应商的依赖，并为我们从未考虑过的地方开辟新的锂储量之门。

研究人员表示，这种方法还可用于回收其他有价值的金属，例如镍、钴和稀土元素。它还可以帮助去除水中的有害污染物。这种粘土材料有很多种。我们正在探索它如何帮助从海水和盐湖盐水中收集关键元素，甚至帮助净化我们的饮用水。

这种类型的创新可能支持现代技术和未来的基础设施，特别是在可靠获取关键材料和清洁水变得越来越重要的情况下。

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