Новый простой процесс извлечения ценных соединений из морской воды

Исследователи могут изолировать сырье магния из океана, что важно для применения возобновляемых источников энергии. Кредит: Кортленд Джонсон | Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория

Соль магния извлекается из морской воды Sequim с использованием новой проточной технологии.

Люди использовали соли из океана, такие как поваренная соль, с доисторических времен. Хотя поваренную соль получить проще всего, морская вода богата другими минералами, и исследователи изучают, какие из них можно добывать из моря. Магний является одним из этих минералов, который в изобилии содержится в море и становится все более и более полезным на суше.

Свойства магния

Магний все чаще используется в целях устойчивого развития, таких как улавливание углерода, низкоуглеродистый цемент и потенциальные батареи следующего поколения. Эти виды использования возрождают интерес к отечественному производству магния. В настоящее время рассолы соленых озер, некоторым из которых угрожает засуха, используются в энергоемком процессе в Соединенных Штатах для производства магния. Министерство энергетики включило магний в свой недавно опубликованный список важнейших материалов для внутреннего производства.

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) и Вашингтонского университета (UW) открыли простой метод отделения чистой соли магния, исходного сырья для металлического магния, из морской воды.

Их выводы подробно изложены в статье, недавно опубликованной в журнале Environmental Science & Technology Letters . Их инновационный подход объединяет два решения в длинном потоке. Метод, известный как ламинарный спутный поток, использует границу, которая непрерывно реагирует в результате протекания растворов. Система никогда не достигает равновесия, так как постоянно вводятся новые решения.

Проточное лабораторное устройство для извлечения соли магния. Кредит: Цинпу Ван | Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория

Этот метод играет новый трюк со старым процессом. В середине 20- го века химические компании успешно создали исходное сырье для магния из морской воды, смешав ее с гидроксидом натрия, широко известным как щелочь. Полученная соль гидроксида магния, давшая название антацидному молоку магнезии, затем была обработана для получения металлического магния. Однако в результате этого процесса образуется сложная смесь солей магния и кальция, разделить которую трудно и дорого. Эта недавняя работа позволяет получить чистую соль магния, что обеспечивает более эффективную обработку.

«Обычно люди продвигают исследования разделения, разрабатывая более сложные материалы», — сказал химик PNNL и профессор материаловедения и инженерии Университета Вашингтона Чинмайи Суббан. «Эта работа настолько интересна, потому что мы используем совершенно другой подход. Мы нашли простой процесс, который работает. При масштабировании этот процесс может способствовать возрождению производства магния в США за счет производства первичного сырья. Мы окружены огромным, синим, неиспользованным ресурсом».

Морская вода из кампуса PNNL-Sequim подпитывала этот исследовательский проект. Кредит: Андреа Старр | Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория

От воды Sequim до твердой соли

Суббан и его команда протестировали свой новый метод, используя морскую воду из кампуса PNNL-Sequim, что позволило исследователям воспользоваться преимуществами объектов PNNL по всему штату Вашингтон.

• «Как сотрудник Coastal Sciences, я только что позвонил члену нашей химической группы Sequim и запросил образец морской воды», — сказал Суббан. «На следующий день нам доставили кулер в нашу лабораторию в Сиэтле. Внутри мы нашли пакеты со льдом и бутылку охлажденной морской воды Sequim». Эта работа представляет собой сотрудничество, которое может происходить в кампусах PNNL в Ричленде, Сиэтле и Секиме.
• В методе ламинарного спутного потока исследователи пропускают морскую воду вместе с раствором гидроксида. Содержащая магний морская вода быстро вступает в реакцию с образованием слоя твердого гидроксида магния. Этот тонкий слой действует как барьер для смешивания раствора.
• «Проточный процесс дает совершенно другие результаты, чем простое смешивание растворов», — сказал постдокторский исследователь PNNL Цинпу Ван. «Первоначальный твердый барьер из гидроксида магния предотвращает взаимодействие кальция с гидроксидом. Мы можем селективно производить чистый твердый гидроксид магния, не требуя дополнительных стадий очистки».

Избирательность этого процесса делает его особенно мощным. Получение чистого гидроксида магния без какого-либо загрязнения кальцием позволяет исследователям пропустить энергоемкие и дорогостоящие этапы очистки.

Устойчивое развитие в будущем

Новый и щадящий процесс может быть очень устойчивым. Например, гидроксид натрия, используемый для извлечения соли магния, может быть получен на месте с использованием морской воды и морских возобновляемых источников энергии. Удаление магния является необходимой предварительной обработкой для опреснения морской воды. Сочетание нового процесса с существующими технологиями может упростить и удешевить превращение морской воды в пресную.

Команда особенно взволнована будущим процесса. Их работа является первой демонстрацией ламинарного метода селективного разделения. Этот новый подход имеет много дополнительных потенциальных применений, но необходимо проделать дополнительную работу, чтобы понять основную химию процесса. Пробел в знаниях открывает новые возможности и направления исследований для развития синей экономики.

«Мы хотим перевести эту работу с эмпирической на прогнозную», — сказал специалист по материалам PNNL Элиас Накузи. «Существует захватывающая возможность развить фундаментальное понимание того, как работает этот процесс, применяя его к важным проблемам, таким как создание новых энергетических материалов и достижение селективного разделения трудноотделяемых ионов для очистки воды и восстановления ресурсов».

Опубликованное исследование было поддержано программой исследований и разработок лаборатории PNNL. Элизабет Райан из UW также была соавтором исследования. Текущее развитие этой технологии поддерживается Министерством энергетики, Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, Управлением гидроэнергетических технологий в рамках программы «Сеянцы морской энергии».

Источник

Метки: Магний