Simpel proces ekstraherer værdifuldt magnesiumsalt fra havvand

Siden oldtiden har mennesker udvundet salte, som bordsalt, fra havet. Mens bordsalt er det nemmeste at opnå, er havvand en rig kilde til forskellige mineraler, og forskere undersøger, hvilke de kan trække fra havet. Et sådant mineral, magnesium, er rigeligt i havet og mere og mere nyttigt på landjorden.

Magnesium har nye bæredygtighedsrelaterede applikationer, herunder i kulstoffangst, cement med lavt kulstofindhold og potentielle næste generations batterier. Disse applikationer bringer fornyet opmærksomhed til indenlandsk magnesiumproduktion. I øjeblikket opnås magnesium i USA gennem en energikrævende proces fra saltsøer, hvoraf nogle er i fare på grund af tørke. Department of Energy inkluderede magnesium på sin nyligt frigivne liste over kritiske materialer til indenlandsk produktion.

En artikel offentliggjort i Environmental Science &Technology Letters viser, hvordan forskere ved Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) og University of Washington (UW) har fundet en enkel måde at isolere et rent magnesiumsalt, et råmateriale til magnesiummetal, fra havvand. Deres nye metode flyder to løsninger side om side i en lang strøm. Kaldet den laminære coflow-metode, udnytter processen, at de flydende løsninger skaber en konstant reagerende grænse. Friske løsninger flyder forbi og tillader aldrig systemet at nå en balance.

Denne metode spiller et nyt puds med en gammel proces. I midten af ​​det 20. ^th århundrede skabte kemiske virksomheder med succes magnesiumråmateriale fra havvand ved at blande det med natriumhydroxid, almindeligvis kendt som lud. Det resulterende magnesiumhydroxidsalt, som giver den antacida mælk af magnesia sit navn, blev derefter forarbejdet til fremstilling af magnesiummetal. Processen resulterer dog i en kompleks blanding af magnesium- og calciumsalte, som er svære og dyre at adskille. Dette seneste arbejde producerer rent magnesiumsalt, hvilket muliggør mere effektiv behandling.

"Normalt flytter folk separationsforskningen fremad ved at udvikle mere komplicerede materialer," sagde PNNL-kemiker og UW-associeret professor i materialevidenskab og -teknik Chinmayee Subban. "Dette arbejde er så spændende, fordi vi har en helt anden tilgang. Vi fandt en simpel proces, der virker. Når den er skaleret, kan denne proces være med til at drive renæssancen af ​​amerikansk magnesiumproduktion ved at generere primært råmateriale. Vi er omgivet af en enorm , blå, uudnyttet ressource."

Fra Sequim-vand til fast salt

Subban og holdet testede deres nye metode ved hjælp af havvand fra PNNL-Sequim campus, hvilket gjorde det muligt for forskerne at drage fordel af PNNL faciliteter på tværs af Washington State.

"Som Coastal Sciences-medarbejder har jeg lige ringet til et medlem af vores Sequim-kemiteam og anmodet om en havvandsprøve," sagde Subban. "Den næste dag fik vi leveret en køler til vores laboratorium i Seattle. Indeni fandt vi kolde pakker og en flaske afkølet Sequim-havvand." Dette arbejde repræsenterer det samarbejde, der kan ske på tværs af PNNL's Richland, Seattle og Sequim campus.

I den laminære coflow-metode flyder forskerne havvand sammen med en opløsning med hydroxid. Det magnesiumholdige havvand reagerer hurtigt og danner et lag af fast magnesiumhydroxid. Dette tynde lag fungerer som en barriere for opløsningsblanding.

"Flowprocessen producerer dramatisk anderledes resultater end simpel løsningsblanding," sagde PNNL postdoc-forsker Qingpu Wang. "Den indledende faste magnesiumhydroxidbarriere forhindrer calcium i at interagere med hydroxidet. Vi kan selektivt producere rent fast magnesiumhydroxid uden behov for yderligere oprensningstrin."

Selektiviteten af ​​denne proces gør den særlig kraftfuld. Generering af rent magnesiumhydroxid uden nogen form for calciumforurening giver forskerne mulighed for at springe energikrævende og dyre oprensningstrin over.

Bæredygtighed for fremtiden

Den nye og skånsomme proces har potentialet til at være yderst bæredygtig. For eksempel kan natriumhydroxidet, der bruges til at udvinde magnesiumsaltet, genereres på stedet ved hjælp af havvand og marin vedvarende energi. Fjernelse af magnesium er en nødvendig forbehandling til afsaltning af havvand. Kobling af den nye proces med eksisterende teknologier kan gøre det nemmere og billigere at omdanne havvand til ferskvand.

Teamet er særligt spændt på processens fremtid. Deres arbejde er den første demonstration af den laminære coflow-metode til selektive separationer. Denne nye tilgang har mange yderligere potentielle anvendelser, men der skal arbejdes mere for at forstå den underliggende kemi i processen. Videnskløften byder på nye muligheder og forskningsretninger for at drive den blå økonomi.

"Vi ønsker at tage dette arbejde fra det empiriske til det prædiktive," sagde PNNL-materialeforsker Elias Nakouzi. "Der er en spændende mulighed for at udvikle en grundlæggende forståelse af, hvordan denne proces fungerer, samtidig med at den anvendes på vigtige problemer som at skabe nye energimaterialer og opnå selektiv adskillelse af svære at adskille ioner til vandbehandling og ressourcegenvinding." + Udforsk yderligere

Udvinding af højkvalitets magnesiumsulfat fra saltlage til afsaltning af havvand