Искусственные наноканалы помогут избирательно отделять литий

Отделение лития от других элементов — один из сложных этапов получения сырья для аккумуляторов. Исследователи Техасского университета в Остине предложили новый подход: искусственные наноканалы в мембранах, созданные по образцу ионных каналов живых клеток. Они пропускают ионы лития, ограничивая прохождение других ионов, которые обычно присутствуют вместе с ним.

В лабораторных испытаниях избирательность этих каналов по отношению к литию была в два–пять раз выше, чем у других недавно разработанных систем его переноса. По оценке авторов, созданные каналы входят в число наиболее селективных. Результаты работы опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Как отделить литий от сопутствующих солей

Литий получают из подземных рассолов, горных пород и отработанных аккумуляторов. При его выделении приходится отделять литий от сопутствующих компонентов, в том числе натрия, калия, магния и кальция. Существующие методы могут требовать значительных затрат времени и энергии, а также сопровождаться образованием вредных отходов.

В новых каналах избирательность обеспечивают два фактора: взаимодействие ионов с химическими группами у входа и ограниченное пространство внутри канала. Вместе они позволяют преимущественно пропускать литий.

Работа развивает подход, который исследователи ранее использовали для разделения редкоземельных элементов. По словам научного сотрудника лаборатории Харекрушны Бехеры, понимание взаимодействий на входе в канал позволяет целенаправленно разрабатывать более селективные системы — как для лития, так и, потенциально, для других критически важных минеральных компонентов.

От лабораторных каналов к мембранам большего размера

Сейчас команда работает над встраиванием наноканалов в более крупные мембраны. Для этого исследователи используют недавно разработанный ими материал из взаимосвязанных слоев, напоминающих клеточные мембраны. Такие слои можно создавать из липидов или полимеров.

Цель — организовать непрерывное отделение лития без применения агрессивных растворителей. Как отмечает один из руководителей исследования, профессор Маниш Кумар, процесс должен стать быстрее, экологичнее и проще в эксплуатации. Пока это задача дальнейшей разработки, а не подтвержденный промышленный результат.

Что предстоит проверить

Чтобы оценить работу технологии за пределами лаборатории, необходимы испытания на реальных рассолах, содержащих множество солей одновременно, а также в промышленном масштабе. Именно эти проверки покажут, насколько эффективно мембраны смогут разделять сложные смеси.

Помимо добычи лития, авторы рассматривают возможность применения каналов для его извлечения из отработанных аккумуляторов. Еще одно потенциальное направление — создание более совершенных сепараторов для самих аккумуляторов.