Ученые из Австралии и США нашли способ опреснения, который производит питьевую воду и литий

Морская вода представляет собой сложный коктейль из полезных минералов, но трудно выделить конкретные, которые нам нужны.

Сегодня команда ученых из Австралии и США разработала новый метод опреснения воды, который может не только сделать морскую воду достаточно пригодной для питья, но и выделить ионы лития для использования в батареях.

Ключевым моментом процесса является металлоорганические каркасы (MOF), которые обладают самой большой площадью внутренней поверхности среди известных материалов.

В развернутом виде один грамм материала теоретически может покрыть футбольное поле, и именно эта сложная внутренняя структура делает MOF идеальным для улавливания, хранения и освобождения молекул. Недавнее исследование материала показало, что MOF могут работать в качестве губки для улавливания углекислого газа, высокоточных химических датчиков и фильтров для воды.

В настоящее время мембраны обратного осмоса являются наиболее часто используемой технологией фильтрации воды, и они работают по довольно простому принципу. Поры мембраны достаточно велики для прохождения молекул воды, но слишком малы для большинства загрязняющих веществ. Проблема в том, что для своей работы эти системы требуют перекачивание воды при относительно высоком давлении.

MOF мембраны, с другой стороны, могут быть более избирательными и эффективными.

Исследователи из Университета Монаш, CSIRO и Техасского университета в Остине разработали именно такую мембрану. Примером для дизайна послужила «ионная селективность» биологических клеточных мембран, которая позволяет материалу MOF «обезвоживать» определенные ионы по мере их прохождения. Однако было бы лучше, чтобы эти фильтры не нуждались в подаче воды, что также экономило бы и энергию.

«Мы можем использовать нашу работу для решения проблем опреснения воды», - говорит Хуантин Ван (Huanting Wang), автор нового исследования. «Вместо того, чтобы полагаться на текущие дорогостоящие и энергоемкие процессы, это исследование открывает потенциал для удаления ионов соли из воды гораздо более энергоэффективным и экологически устойчивым способом».

Но чистая питьевая вода не является единственным конечным продуктом мембраны MOF. Литий пользуется большим спросом благодаря литий-ионным батареям, которые питают все от смартфонов до электромобилей. Эти ионы остаются в губчатой структуре, и готовы к изъятию.

«В морской воде ионы лития находятся в обильном количестве, поэтому это имеет значение для горнодобывающей промышленности, которая в настоящее время использует неэффективные химические обработки для извлечения лития из горных пород», - объясняет Ван.

«Глобальный спрос на литий, необходимого для электроники и батарей, очень высок. Эти мембраны дают возможность для очень эффективного способа извлечения ионов лития из морской воды, обильного и легко доступного ресурса».

Этот метод также можно было бы использовать для фильтрации сточных вод, оставшихся после промышленных процессов, таких как добыча сланцевого газа.

«Производимая вода из месторождений сланцевого газа в Техасе богата литием», - говорит Бенни Фриман (Benny Freeman), соавтор исследования. «Передовые концепции разделения материалов, такие как наши, потенциально могут превратить этот поток отходов в возможность восстановления ресурсов».

Исследователи говорят, что они планируют продолжить изучение того, как сделать MOF еще эффективнее при выборе ионов лития.

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.