(New Way to Pull Lithium from Water Could Increase Supply, Efficiency)
2021-09-08 ｱﾒﾘｶ合衆国・テキサス大学オースチン校(UT Austin)
・ UT Austin とカリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)が、汚染水からリチウムを選択的に抽出するメンブレン技術を開発。
・ かん水からのリチウム抽出プロセスを簡易化し、リチウムの供給量の大幅な増量とコストの低減が期待できる。ナトリウム等の他のイオンを厳密に分離するメンブレンを設計し、リチウムイオン回収の効率性を飛躍的に向上させた。
・ リチウムは南米の塩湖のかん水から太陽熱による蒸発で生産されているが、膨大な時間とコストがかかる上、プロセスの途中でリチウムを大量に損失する。
・ 石油・ガス生産の排水にはリチウムが含まれているが、現在は回収されていない。テキサス州イーグルフォード地域での水圧破砕による一週間分の排水では、EV 用電池 300 個またはスマートフォン170 万台を賄うのに十分な量のリチウムを回収できる可能性がある。
・ 新メンブレンの材料には、特殊な化学的機能を持つリガンドで特定のイオンに結合する x-クラウンy-エーテルを利用。水に含まれる特定の分子を選択するクラウンエーテルを、水処理用メンブレンの中心的な材料として初めて採用した。
・ ほとんどのポリマーにおいてナトリウムはリチウムよりも速く移動するが、新ポリマーではリチウムがナトリウムよりも速く移動する。ナトリウムはリチウムを含んだかん水に多くみられる汚染物質。
・ コンピューターモデルにより、ナトリウムイオンがクラウンエーテルに結合することで移動速度が低下してリチウムがより速く移動することがわかった。
・ 本研究結果は、ポリマー合成、メンブレン特性評価およびモデリングシミュレーション等での大学間の優れた共同研究を必要とした、メンブレン科学の新領域を提示するもの。
・ 本研究は、米国エネルギー省(DOE)が資金を提供する UT Austin の Energy Frontier Research
Center(EFRCs)である、Center for Materials for Water and Energy Systems(M-WET)の一環として支援
された。
URL: https://news.utexas.edu/2021/09/08/new-way-to-pull-lithium-from-water-could-increase-supply-efficiency/
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
米国科学アカデミー紀要(PNAS)掲載論文(フルテキスト）
Engineering Li/Na selectivity in 12-Crown-4-functionalized polymer membranes
URL: https://www.pnas.org/content/118/37/e2022197118
Abstract
Lithium is widely used in contemporary energy applications, but its isolation from natural reserves is plagued by time-consuming and costly processes. While polymer membranes could, in principle, circumvent these challenges by efficiently extracting lithium from aqueous solutions, they usually exhibit poor ion-specific selectivity. Toward this end, we have incorporated host–guest interactions into a tunable polynorbornene network by copolymerizing 1) 12-crown-4 ligands to impart ion selectivity, 2) poly(ethylene oxide) side chains to control water content, and 3) a crosslinker to form robust solids at room temperature. Single salt transport measurements indicate these materials exhibit unprecedented reverse permeability selectivity (∼2.3) for LiCl over NaCl—the highest documented to date for a dense, water-swollen polymer. As demonstrated by molecular dynamics simulations, this behavior originates from the ability of 12-crown-4 to bind Na+ ions more strongly than Li+ in an aqueous environment, which reduces Na+ mobility (relative to Li+) and offsets the increase in Na+ solubility due to binding with crown ethers. Under mixed salt conditions, 12-crown-4 functionalized membranes showed identical solubility selectivity relative to single salt conditions; however, the permeability and diffusivity selectivity of LiCl over NaCl decreased, presumably due to flux coupling. These results reveal insights for designing advanced membranes with solute-specific selectivity by utilizing host–guest interactions.
