Новости химической науки > Титан поможет вытащить из воды литий

Исследователи из Японии продемонстрировали возможность применения гидратированного оксида титана для экстракции лития из проб соленой воды, отобранной на солончаке Уюни (Боливия), крупнейшего в мире мокрого солончака.

Необходимость в литии возрастает из-за все большего количества литий-ионных батарей, применяющихся для питания портативных компьютеров и бытовой электроники. В связи с этим возникает насущная необходимость в разработке более дешевых и более эффективных методов добычи лития.

Как отмечает руководитель исследования Сонода Акинари (Sonoda Akinari) из Национального Института Промышленных и технологических исследований (AIST), литий можно добывать из твердых минеральных отложений, соленых озер, мокрых солончаков и морской воды. Для самой Японии единственным источником лития является морская вода. Этот источник, хотя с определенным допущением и может быть назван бесконечным, проигрывает таким источникам, как соленые озера из-за низкой концентрации производных лития в водах мирового океана. Это обуславливает то, обстоятельство, что добыча лития из морской воды обходится в 10 раз дороже, чем из воды соленых озер и мокрых солончаков.

Материал отличается исключительной селективностью по отношению к литию даже при наличии в рассоле и других катионов, содержание которых больше содержания лития. (Рисунок из Dalton Trans., 2014, DOI: 10.1039/c4dt00467a)

Из концентрированной соленой воды литий можно получить в виде карбоната с помощью процесса испарения, однако такое испарение может занять несколько месяцев. Еще одним фактором, затрудняющим извлечение лития из соленой воды, является наличие в ней других солей, в частности – солей магния. Поскольку диагональная периодичность приводит к близким свойствам катионов лития и магния, их очень сложно отделить друг от друга за счет осаждения .

Для источников, в которых концентрация ионов лития невелика, более эффективным методом экстракции являются реакции, основанные на ионном обмене. Ионные сита и ионообменные смолы пропускают небольшие по размеру ионы лития, блокируя движение ионов большего размера. Ионообменное сито добавляют к литийсодержащему рассолу, и протоны этого материала замещаются ионами лития, таким образом, материал селективно адсорбирует ионы лития из раствора-источника.

До настоящего времени в экстракции лития применялись ионные сита на основе оксида марганца. Фабио ла Мантиа (Fabio la Mantia), эксперт по полупроводникам и конверсии энергии из Рурского Университета Бохум (Германия) заявляет, что результаты исследования Акинари весьма интересны, так как позволяют отойти от классических манганатов, которые изучаются и применяются для селективного извлечения лития из рассолов, содержащих наряду с литием и другие катионы, что может перераспределить области применения марганца и его соединений.

Акинари поясняет, что оксиды титана были выбраны в качестве объектов исследования благодаря их большей стабильности по сравнению с манганатами в процессе десорбции лития, что, очевидно, обуславливает возможность их регенерации неоднократного применения в извлечении лития. Десорбция лития осуществляется очень просто – образовавшийся в процессе адсорбции Li₂TiO₂ обрабатывают кислотой, в результате чего образуется спобная к дальнейшему поглощению лития метатитановая кислота H₂TiO₂. Строение кристаллической решетки гидратированного оксида титана (или метатитановой кислоты) обуславливает ее селективность по отношению к ионам лития в присутствии таких катионов, как ионы натрия, калия, магния и кальция – типичных для рассолов соленых озер мокрых солончаков.

Ла Мантиа подчеркивает, что использование не модельных растворов, а настоящих образцов рассола из Уюни наглядно демонстрирует практическую ценность нового подхода. И ла Мантиа, и Акинари хотят узнать, а можно ли применить гидратированный оксид титана для экстракции лития из морской воды, где его концентрация крайне низка.

Источник: Dalton Trans., 2014, DOI: 10.1039/c4dt00467a

метки статьи: #геохимия, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология