انقلاب فناوری سبز: استخراج لیتیوم دوستدار محیط زیست می شود

تقاضای سیری ناپذیر جهانی برای لیتیوم، ناشی از نقش ضروری آن در صنعت باتری و دیگر کاربردهای انرژی پیشرفته، روش‌های نوآورانه‌ای را برای استخراج پایدارتر و کارآمدتر این فلز ارزشمند از منابع آب شور ایجاد کرده است. در خط مقدم این پیشرفت‌ها، غربال‌های لیتیوم یونی (LIS) قرار دارند که قابلیت‌های استثنایی در بازیابی انتخابی لیتیوم از محیط‌های آبی پیچیده با یون‌های مختلف نشان داده‌اند.

یک مطالعه پیشگامانه به رهبری دکتر. Zhijie Chen و پروفسور Bing-Jie Ni از دانشگاه نیو ساوت ولز یک مرور کلی از وضعیت فعلی و چشم انداز آینده فناوری LIS ارائه می دهند. یافته‌های آن‌ها که اخیراً در مجله Sustainable Horizons منتشر شده است، پتانسیل LIS‌های دوپه‌شده با هترواتم را برای متحول کردن فرآیندهای استخراج لیتیوم بررسی می‌کند و آنها را نه تنها کارآمدتر بلکه دوستدار محیط زیست نیز می‌کند.

دکتر توضیح داد: افزایش تقاضا برای لیتیوم در مناطق مختلف از محصولات الکترونیکی گرفته تا خودروهای الکتریکی مستلزم تغییر روش‌های استخراج پایدارتر و اقتصادی است. ژیجی چن. وی بر برتری LIS نسبت به روش‌های مرسوم به دلیل گزینش پذیری بالا و ظرفیت جذب لیتیوم – خواص بسیار مهمی که خلوص و بازده لیتیوم به‌دست‌آمده از آب نمک را بهبود می‌بخشد، تاکید کرد.

این مطالعه دو دسته اصلی LIS – اکسیدهای لیتیوم منگنز (LMO) و اکسیدهای لیتیوم تیتانیوم (LTO) را بررسی می کند. هر نوع مزایا و چالش های منحصر به فردی را برای استخراج لیتیوم به همراه دارد. LMO ها به دلیل میل ترکیبی بالای لیتیوم و ظرفیت جذب عالی مورد تحسین قرار می گیرند. با این حال، آنها با مشکلاتی مانند انحلال منگنز مواجه هستند که می تواند اثربخشی آنها را کاهش دهد و خطرات زیست محیطی ایجاد کند. از سوی دیگر، LTO ها به دلیل پایداری ساختاری خود که از انحلال تیتانیوم جلوگیری می کند، شناخته شده اند، اما کاربرد آنها با تجمع ذرات در طول سنتز محدود می شود.

برای غلبه بر این چالش‌ها، محققان به دوپینگ هترواتمی روی آورده‌اند – رویکردی نوآورانه که عملکرد LIS را بهبود می‌بخشد. با ادغام هترواتم های مختلف در ساختار LIS، آنها می توانند پایداری، دوام و کارایی بازیابی لیتیوم مواد را بهبود بخشند. پروفسور Bing-Jie Ni توضیح داد: “دوپینگ هترواتم نه تنها به تثبیت ساختار غربال یونی کمک می کند، بلکه گزینش پذیری و بازیافت پذیری آن را نیز بهبود می بخشد، که برای کاربردهای عملی بسیار مهم است.”

استفاده از LIS مدرن برای استخراج لیتیوم به ویژه برای پردازش آب نمک از دریاچه‌های نمک امیدوارکننده است، که اگرچه فراوان هستند، اما به دلیل وجود یون‌های مزاحم مانند منیزیم و کلسیم مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. LIS تصفیه شده به طور موثر بر این اختلالات غلبه می کند و راه را برای کاربرد آنها در محیط های متنوع، از آب نمک های زمین گرمایی گرفته تا فاضلاب های صنعتی هموار می کند.

پیامدهای این تحقیق فراتر از پیشرفت های صرفا فنی است. با بهبود کارایی و اثرات زیست محیطی استخراج لیتیوم، این نوآوری ها می توانند به طور قابل توجهی ردپای زیست محیطی استخراج و پردازش لیتیوم را کاهش دهند و به تلاش های جهانی برای مبارزه با تغییرات آب و هوا و کاهش منابع کمک کنند.

از آنجایی که جهان به طور فزاینده ای به منابع انرژی تجدیدپذیر و شیوه های پایدار متکی است، توسعه و اجرای چنین فناوری های پیشرفته استخراج لیتیوم حیاتی خواهد بود. تحقیقات در حال انجام دکتر. Zhijie Chen، پروفسور Bing-Jie Ni و همکارانشان نه تنها پتانسیل غربال‌های لیتیوم یونی را برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده لیتیوم در جهان برجسته می‌کنند، بلکه معیاری را برای مطالعات آینده برای اصلاح بیشتر این فناوری‌ها تعیین می‌کنند.

مرجع مجله

Qian Chen, Zhijie Chen, Hongqiang Li, Bing-Jie Ni, Advanced Lithium-ion Sieves for Stastainable Lithium Recovery from Brines, Sustainable Horizons, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.horiz.2024.100093

درباره نویسندگان

ژیجی چن مدرک دکترای خود را در رشته مهندسی محیط زیست از دانشگاه فناوری سیدنی استرالیا در سال 2022 دریافت کرد. او در حال حاضر به عنوان محقق فوق دکترا در دانشگاه نیو ساوت ولز، سیدنی مشغول به کار است. تمرکز تحقیقات او بر توسعه فناوری های سبز برای دستیابی به پایداری زیست محیطی و انرژی است. او نویسنده بیش از 100 مقاله معتبر در مجلات معتبر (مانند Nano-Micro Letters، Applied Catalysis B، SusMat، Green Chemistry، Nano Energy، تجدیدپذیر و انرژی پایدار، تحقیقات آب) و 2 فصل کتاب در زمینه های طبیعی است. استفاده از منابع، استفاده از ضایعات، شیمی سبز، تصفیه فاضلاب و انرژی سبز، و کارهای او در رسانه های فناوری جهانی مطرح شده است.

پروفسور بینگ جی نی در ژوئن 2009 دکترای خود را در رشته مهندسی محیط زیست دریافت کرد. او در حال حاضر استاد تمام دانشگاه نیو ساوت ولز در سیدنی است. او عضو انجمن سلطنتی شیمی و محققی است که اغلب در Clarivate Global به آن اشاره می شود. او در زمینه فناوری زیست محیطی و تصفیه فاضلاب، به ویژه در رابط بین مهندسی شیمی، بیوتکنولوژی میکروبی، علم مواد و مدل‌سازی ریاضی فعالیت می‌کند و بر ادغام این رشته‌ها برای توسعه راه‌حل‌های فناوری نوآورانه و پایدار برای حذف سطوح بالای آلاینده‌ها از فاضلاب را می توان حذف کرد – با حداقل ردپای CO2 و حداکثر بازیابی انرژی. به این ترتیب پسماندها یا پساب ها از آلاینده های مزاحم به منابع ارزشمند تبدیل شده و میزان زیادی از انتشار گازهای گلخانه ای صرفه جویی می شود.