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据外媒报道,德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和巴登-符腾堡能源公司(EnBW)的研究人员使用锂锰氧化物生产了一种锂离子筛,用来吸附地热卤水中的锂,将有助于满足对储能材料日益增长的需求。
锂金属可用于许多技术设备和车辆的电池。近年来,智能手机、笔记本电脑和电动汽车不断发展,全球对锂的需求急剧上升。迄今为止,欧洲一直依赖进口锂。其实,欧洲也有锂矿,即数公里深处的热水,其中含有高浓度的锂离子。通过地热系统从深处抽取热水,不仅可用于可持续供应电力和热能,还可用于地区性环保锂开采。
北德盆地和上部莱茵河地堑(Upper Rhine Graben)具有高锂浓度
KIT应用材料-储能系统研究所(IAM-ESS)负责人Helmut Ehrenberg教授表示:“根据地质来源,每升地热卤水中含有0.1-500毫克锂。”
在北德盆地测得的锂浓度高达240毫克/升,在上部莱茵河地堑测到的锂浓度达200毫克/升。Ehrenberg表示:“然而,从地热卤水中提取锂是一个重大挑战,因为锂离子与其他许多离子竞争。”
从深处热水中提取锂的一种方法是吸附,使锂离子在多孔固体表面积聚。这需要使用合适的吸附剂,不仅要具有锂选择性,而且在生产、使用和处理时具有环保性。此外,需要通过合适的解吸溶液,将锂离子从吸附剂中再次释放出来。
IAM-ESS研究人员、EnBW公司研发部门,以及来自弗劳恩霍夫化学技术研究所(ICT)和Hydrosion公司的科学家,共同制造了一个锂离子筛,并在实验室中进行了测试。
具有特殊晶体结构的锂离子筛
所提出的锂离子筛基于具有特殊尖晶石型晶体结构的锂锰氧化物。研究人员使用热液合成法进行生产,在高温高压下使水溶液中的物质结晶。在实验室测试过程中,该团队使用这种物质来吸附地热盐水中的锂离子。
这些卤水来自EnBW运营的布鲁赫萨尔(Bruchsal)地热工厂;该工厂位于上莱茵地嵌的卡尔斯鲁厄(Karlsruhe)和海德堡(Heidelberg)之间。在那里,EnBW的研发部门正在探讨从热水中提取锂的不同项目。
研究人员对吸附锂后的各种解吸溶液进行了测试。结果发现,在提取锂和保存吸附剂方面,乙酸的效果最好。然而,在所有测试的解吸溶液中,特别是醋酸解吸溶液,锂离子筛被竞争离子富集。这是由于布鲁赫萨尔的卤水矿物质含量高,而竞争离子富集会降低锂吸附能力。
未来的研究挑战在于进一步开发锂离子筛,使其更易操作并在相关过程中乎不影响其吸附能力,以及从实验室规模扩大到试点阶段。
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