Пер- и полифторалкильные вещества (PFAS) обычно рассматриваются как загрязнители окружающей среды, и большинство исследований сосредоточено на том, как удалить их из окружающей среды. Однако команда под руководством профессора химии Университета Райса Джеймса Тура пошла другим путем. Исследовательская группа под руководством постдокторанта И Чэна разработала новый процесс, использующий PFAS для извлечения лития из рассолов высокой солености. Это исследование было опубликовано в журнале Nature Water.
Исследовательская группа начала с обычных отходов PFAS. PFAS из огнетушащей пены обычно удаляют с помощью адсорбции на гранулированном активированном угле (GAC), но сам активированный уголь, насыщенный PFAS, после адсорбции становится новым видом отходов. Вместо того чтобы рассматривать этот отход как конечный продукт, исследователи из Университета Райса использовали его в качестве сырья. Они добавили отработанный активированный уголь с адсорбированными PFAS в рассол высокой солености, содержащий различные соли. И Чэн объясняет: «Здесь соли в рассоле содержат ценные катионы — литий. В отработанном активированном угле содержатся фторид-анионы, заключенные в молекулах PFAS. Мы хотели высвободить фтор, чтобы он соединился с высвобожденным литием, и таким образом собрать образовавшийся фторид лития».
Для достижения этой цели исследовательская группа подвергла смесь электротермическому воздействию, быстро нагревая её до температуры выше 1000 градусов Цельсия с последующим быстрым охлаждением. Эти экстремальные и мгновенные условия привели к разрыву химических связей фторида в PFAS, который вступил в реакцию с катионами металлов, такими как литий в рассоле, с образованием смеси солей, включающей фторид лития, фторид кальция и фторид магния.
Ключевым этапом было отделение фторида лития. Исследователи воспользовались тем, что температура кипения фторида лития (1676 градусов Цельсия) ниже, чем у фторида магния (2260 градусов Цельсия) и фторида кальция (2533 градуса Цельсия). Контролируя условия электротермического воздействия, они дистиллировали фторид лития за несколько секунд. В итоге им удалось восстановить 82% доступного фторида лития с чистотой 99%.
Чтобы проверить практическую ценность, исследовательская группа изготовила электролит для литий-ионных батарей из извлеченного фторида лития и провела испытания. Результаты показали, что электролит с использованием восстановленного фторида лития демонстрирует улучшенную стабильность и производительность, подтверждая, что этот процесс способен производить литий, пригодный для использования в батареях.
По сравнению с коммерческими методами извлечения лития из рассолов, экологический анализ показал, что этот новый процесс на основе PFAS требует меньше воды и энергии и оказывает меньшее влияние на глобальное потепление. Ожидается, что его эксплуатационные затраты будут ниже, а время обработки составит всего несколько минут.
И Чэн заявил: «Извлечение лития из рассолов может быть более экологически чистым, чем традиционная добыча, но по-прежнему сталкивается с проблемами селективности, стоимости и использования водных ресурсов. Мы увидели возможность использовать фтор, заключенный в PFAS, для извлечения лития с помощью быстрого процесса с низким воздействием на окружающую среду».
Тур подвел итог: «Рассматривая отходы как потенциально полезные соединения, мы смогли превратить проблемный активированный уголь, адсорбировавший PFAS, в ценный металл, который можно использовать в таких областях, как батареи. Это может привести к значительным экологическим, экономическим и эффективностным преимуществам».
Информация о публикации: Название: «Вспомогательная флэш-фторирующая реакция с использованием отходов пер- и полифторалкильных веществ для извлечения лития из рассолов», опубликовано в: Nature Water (2026). Информация о журнале: Nature Water
