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研究人員采用磁性納米粒子從水源中提取有價值元素 可用于電動汽車電池
時間:2021-05-13 21:48來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來源：PNNL）
據(jù)外媒報道，利用磁性納米粒子從鹵水中捕獲有價值物質(zhì)的想法已成為現(xiàn)實，并被應用于工業(yè)級試點項目中，這可能有助于美國成為電子和能源生產(chǎn)中關鍵礦物的生產(chǎn)國。當前，這些礦物大多從他國獲得，其中有很多是高沖突地區(qū)。
這項由美國能源部太平洋西北國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）開發(fā)、正在申請專利的技術已獲得Moselle Technologie獨家許可。Moselle Technologies是一家初創(chuàng)企業(yè)，目前在美國和全球多個地方對這項技術開展了試點項目。
核心納米顆粒由一種稱為磁鐵礦的氧化鐵構(gòu)成。該核心顆粒用于錨定會選擇性結(jié)合相關化合物的吸附劑殼，而這是獲得專利技術的關鍵。該納米顆�？杀灰氲責釓S、采出水、礦物開采廢水和海水的鹵水中，從而鎖定在自由漂浮的目標化合物上。當暴露于磁鐵后，該納米顆粒的鐵芯會像經(jīng)典科學實驗中的鐵屑一樣，向磁鐵以及與其結(jié)合的關鍵材料一起向磁鐵遷移，并從鹽水中過濾掉。目前，該技術正被用于捕獲多功能輕質(zhì)金屬鋰，而鋰目前被廣泛應用于電池技術中。
PNNL實驗室研究員、稀土金屬回收技術公認專家Pete McGrail表示：“目前從水中提取鋰的方法需要通過離子交換過濾系統(tǒng)以每分鐘數(shù)千加侖的速度泵送大量水，但這非常耗能且成本高昂。而我們的納米技術工藝可以最小化一切，且無需其他工藝中需要的大型離子交換分離器。這種方法非常簡單，可在幾分鐘內(nèi)通過與吸附劑的分子碰撞將所有的鋰金屬從溶液中拉出，隨后用磁鐵將其取出。通過磁鐵，鋰金屬可以很容易被收集和純化。”
Moselle Technologies首席執(zhí)行官Jerry Mills表示：“人們在捕獲鋰金屬方面損耗較多，因此需要其他方式獲取鋰。我們一直在尋找成本較低的、生產(chǎn)稀土元素和具有戰(zhàn)略意義的重要元素（如鋰）的技術。這些元素中的大部分，美國都沒有。我們將竭盡所能解決這一問題，我們也相信，此項技術將幫助我們克服成本障礙。”
在本國開采關鍵礦物質(zhì)
半導體、風力渦輪機以及電動汽車和其他綠色能源技術中使用的電池對鋰、鎳、鈷和稀土元素的需求量很大。但是目前，這些元素的全球供應鏈嚴重依賴于過時的提取過程。該過程會消耗大量能源和水并產(chǎn)生有毒廢物。美國能源部表示，35種關鍵材料中的14種以及其他17種材料的一半多，其進口量占美國本國供應的100％。目前，美國已將國內(nèi)供應放在首位。該項PNNL技術已經(jīng)在實驗室中開發(fā)數(shù)年，現(xiàn)已經(jīng)準備好進行現(xiàn)場測試。
（圖片來源：PNNL）
2021年春季啟動試點項目
計劃中的試點項目之一是將石油和天然氣行業(yè)資源與PNNL的技術相結(jié)合。McGrail表示：“石油和天然氣鹵水是國內(nèi)尚未開發(fā)的鋰資源。”
美國和加拿大的油氣提取過程中，將地下水泵送到地表是開采過程的一部分。因此許多地方的水中都含有鋰。PNNL科學家估計，如果僅收集石油和天然氣開采生產(chǎn)過程中水中所含的25%的鋰，其總量將相當于當前全球年產(chǎn)量。為探索該可能性，PNNL、Moselle Technologies、加拿大自然資源有限公司和Conoco Phillips公司將在PNNL位于華盛頓州Richland的校園內(nèi)進行長期測試。在那里，團隊將使用磁選機系統(tǒng)對技術進行延長的周期測試，從而對該技術進行壓力測試，這是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的必要步驟。
Mills表示：“通過使用磁性納米顆粒附著在溶液中的鋰顆粒上，我們期望，所得的精礦可以更純凈，從而降低約一半以上的深加工成本。”
在競爭性申請程序后，第二個項目于1月宣布，并將通過DOE先進制造辦公室2020財年計劃（DOE Advanced Manufacturing Office FY20）獲得資助。這項工作已獲批準，將于2021年春季開始。
不止是鋰
清潔、無污染的技術也可以用于回收其他關鍵材料。第三個合作研究項目將探索這種可能性。McGrail表示：“我們已經(jīng)開發(fā)出了針對多種元素的吸附劑材料。在該項目中，我們將與新西蘭地熱公司Geo40合作，且該公司已確定其鹵水中存在銫。在該項目中，該團隊將把回收鋰的工作擴展到對銫具有高度選擇性的新型吸附劑上。如果成功，該集團將在新西蘭建立一個小規(guī)模工廠。”
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