海水から貴重なマグネシウム塩を簡単なプロセスで抽出(Simple Process Extracts Valuable Magnesium Salt from Seawater)

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セキム海水からマグネシウム塩を採取するフローベースの新手法 A new flow-based method harvests a magnesium salt from Sequim seawater

2022-09-23 アメリカ・パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

パシフィック・ノースウエスト国立研究所(PNNL)とワシントン大学(UW)の研究者が、海水から金属マグネシウムの原料となる純マグネシウム塩を分離する簡単な方法を発見した。この新しい方法は、2つの溶液を長い流れの中で隣り合わせに流すものである。この方法は「層流コフロー法」と呼ばれ、流れる溶液が常に反応する境界を作ることを利用する。新しい溶液が流れてくるので、決して系がバランスすることはない。
20世紀半ば、制酸剤「マグネシアミルク」の名前の由来となった水酸化マグネシウム塩を加工して、金属マグネシウムを作ることに成功したが、この工程では、マグネシウム塩とカルシウム塩が複雑に混ざり合い、分離が困難でコストがかかる。今回の研究では、純粋なマグネシウム塩が得られるため、より効率的な加工が可能になった。

<関連情報>

海水からのフローアシストによる選択的鉱物抽出 Flow-Assisted Selective Mineral Extraction from Seawater

Qingpu Wang, Elias Nakouzi, Elisabeth A. Ryan, and Chinmayee V. Subban
Environmental Science & Technology Letters  Published:May 31, 2022
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.estlett.2c00229

Abstract

The sustainable production of critical materials from natural sources requires a paradigm shift away from currently used resource-intensive processes. We report a single-step, laminar coflow method (LCM) that leverages nonequilibrium conditions to selectively extract pure Mg(OH)2 from natural seawater. Conventional seawater-based Mg extraction involves adding individual or a combination of precipitants to obtain Mg(OH)2, but the coexistence of Ca2+ unavoidably results in CaCO3 impurities requiring additional purification steps. Here, we show that the nonequilibrium conditions in LCM achieved using a microfluidics device and by simply coinjecting a NaOH solution with seawater can result in improved selectivity for Mg(OH)2 unlike in a conventional bulk mixing method. The resulting precipitates are characterized for composition, and the process yield and purity are optimized through systematic variations of the reaction time and the concentration of NaOH. This is the first demonstration of LCM for selective separation, and as a one-step process that does not rely on novel sorbents, membranes, or external stimuli, it is easy to scale up. LCM has the potential to be broadly relevant to selective separations from complex feed streams and diverse chemistries, enabling more sustainable materials extraction and processing.

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