研究为从水中提取有价值的材料提供了指导

有效地从水中提取宝贵的资源可以大大有助于增强国家安全，同时也有利于环境。Menachem Elimelech 教授实验室最近的两项研究为实现这一目标的方法提供了观点。

使用专门开发的膜从水中提取关键物质(一种称为纳滤的方法)可能会给国家安全和环境带来许多好处。不过，为了真正有效，埃利米莱赫的研究团队敦促他们的科学家同行根据特定材料调整他们的努力。他们在最新一期的《同一个地球》中阐述了自己的观点。

关键材料(包括水、金属、稀土元素、营养素和药品)的高消耗率不仅危及其供应链，而且对环境有害。例如，电池需求的不断增长危及了锂的供应，而锂是低碳能源技术的重要元素。为了满足长期需求，摆脱对采矿、一次性消费和处置的严重依赖至关重要。

锂、钴和稀土元素等关键矿物对国家安全至关重要，因为它们在电动汽车、可再生能源系统和应用等先进技术中发挥着重要作用。确保国内供应对于减少对外国资源的依赖并保持经济增长和能力所需的关键行业的竞争力至关重要。

纳滤膜是实现这些目标的有效手段。除其他应用外，纳滤目前还用于软化水、去除啤酒中的酒精以及制造浓缩果汁。

该论文的主要作者、博士后研究员路易斯·弗朗西斯科·维拉洛博斯 (Luis Francisco Villalobos) 表示：“纳滤目前已得到广泛应用，但我们认为，由于我们没有合适的膜，仍有很大的潜力无法挖掘。” 。

纳滤技术采用纳米多孔膜作为分子过滤器，区分混合物中的各种材料。与阻挡大多数离子和不带电分子的反渗透膜不同，纳滤膜允许一些溶质通过纳米孔，从而回收最关键的材料。

不过，为了充分发挥纳滤的环境效益，研究人员表示，有必要优化膜性能，以更好地区分进料流中的溶解成分。为了创造下一代纳滤膜，该领域需要加深对设计和制造单一物种选择性膜的基本原理的理解。这将引导我们制定具有特定目标的切合实际的战略。

Villalobos 说：“如果膜设计得更好，那么我们就可以用它们来分离彼此非常相似的更复杂的溶质。” “这在增加某些关键材料的循环性方面具有巨大的潜力。”

例如，他说，如果纳滤膜的孔隙经过设计，可以区分锂和其他离子，那么该过程就有可能用于从非常规来源(例如石油和天然气产生的盐水)中回收锂。生产。

斯特林化学与环境工程教授 Elimelech 表示，该领域可以从生物系统中汲取灵感。例如，我们的身体含有可以分离钾和钠的膜，它们非常相似。

“如果你能将这种化学物质融入这些膜中，我认为我们可以做这些事情，”他说。

这项同一个地球研究是在 Elimelech 实验室发表另一篇类似主题的论文后不久进行的。Elimelech 的团队在 6 月份的《Nature Water》杂志上 撰文阐述了优先考虑从废水和盐水中回收哪些金属的重要性。

主要作者瑞安·杜查诺伊斯 (Ryan DuChanois) 表示：“我们希望回收其中一些原本被浪费的金属，因为它们价值高且可能供应短缺，特别是随着能源转型，金属的使用越来越广泛。”莱斯大学博士后研究员，前博士。以利米勒实验室的学生。“但由于元素周期表中有很多不同的金属，我们无法专注于所有这些金属。”

本文通过估算与市场价格相匹配所需的运营成本，评估了从各种水源中回收这些金属的可行性。它还强调了通过进一步研究和开发可以作为金属回收的更可持续替代品的材料和工艺。

研究人员倾向于从工业废水中提取金属，因为工业废水中金属含量丰富且浓缩，而不是从海水中提取金属。

“海洋中锂的浓度非常低，而且由于浓度如此之低，你需要处理数百万加仑的水，这并不经济，”埃利米莱赫说。

杜查诺伊斯表示，展望未来，他希望进一步缩小优先金属的范围，并在开发化学品需求低和能源消耗低的回收技术方面做出更多努力。