یک فرآیند ساده جدید ترکیبات با ارزش را از آب دریا استخراج می‌کند

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، مردم از زمان‌های ماقبل تاریخ از نمک‌های اقیانوس‌ها مانند نمک خوراکی استفاده می‌کردند. در حالی که نمک سفره به آسانی به دست می‌آید، آب دریا منبع غنی سایر مواد معدنی است و محققان در حال بررسی هستند که کدام یک از آن‌ها ممکن است از دریا استخراج شود. منیزیم یکی از این مواد معدنی است که در دریا به وفور یافت می‌شود و روز به روز در خشکی کاربرد بیشتری پیدا می‌کند.

منیزیم کاربرد‌های فزاینده‌ای در پایداری دارد، مانند جذب کربن، سیمان کم کربن و باتری‌های بالقوه نسل بعدی. این کاربرد‌ها باعث احیای علاقه به تولید داخلی منیزیم شده است. در حال حاضر، آب نمک دریاچه نمک، که برخی از آن‌ها در معرض خطر خشکسالی قرار دارند، در یک فرآیند انرژی بر در ایالات متحده برای تولید منیزیم استفاده می‌شود.

وزارت انرژی، منیزیم را در فهرست اخیر خود از مواد حیاتی برای تولید داخلی قرار داد.

دستگاه جریان در مقیاس آزمایشگاهی برای استخراج نمک منیزیم. منبع: Qingpu Wang | آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام

محققان آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL) و دانشگاه واشنگتن (UW) روشی ساده برای جداسازی نمک منیزیم خالص، ماده اولیه فلز منیزیم، از آب دریا کشف کرده‌اند. یافته‌های آن‌ها در مقاله‌ای که اخیراً در مجله Environmental Science & Technology Letters منتشر شده است، به تفصیل شرح داده شده است.

رویکرد نوآورانه آن‌ها دو راه حل را در کنار هم در یک جریان طولانی جریان می‌دهد. این تکنیک که به عنوان رویکرد هم جریان آرام شناخته می‌شود، از مرزی استفاده می‌کند که به طور مداوم در نتیجه محلول‌های جاری واکنش نشان می‌دهد. این سیستم هرگز به تعادل نمی‌رسد، زیرا راه حل‌های جدید همیشه معرفی می‌شوند.

این روش با یک فرآیند قدیمی ترفند جدیدی را بازی می‌کند. در اواسط قرن بیستم، شرکت‌های شیمیایی با اختلاط آن با هیدروکسید سدیم، که معمولاً به عنوان لیمو شناخته می‌شود، با موفقیت مواد اولیه منیزیم را از آب دریا تولید کردند. نمک هیدروکسید منیزیم به دست آمده، که نام آن را به شیر ضد اسید منیزیم می‌دهد، برای ساخت فلز منیزیم فرآوری شد. با این حال، این فرآیند منجر به مخلوط پیچیده‌ای از نمک‌های منیزیم و کلسیم می‌شود که جدا کردن آن‌ها سخت و پرهزینه است. این کار اخیر نمک منیزیم خالص را تولید می‌کند و پردازش کارآمدتری را ممکن می‌سازد.

Chinmayee Subban، شیمیدان PNNL و پروفسور علوم و مهندسی مواد UW، می‌گوید: به طور معمول، مردم تحقیقات جداسازی را با توسعه مواد پیچیده‌تر به جلو می‌برند. این کار بسیار هیجان‌انگیز است، زیرا ما رویکردی کاملاً متفاوت داریم. ما یک فرآیند ساده پیدا کردیم که کار می‌کند. هنگامی که مقیاس بندی شود، این فرآیند می‌تواند با تولید مواد اولیه اولیه به ایجاد رنسانس در تولید منیزیم ایالات متحده کمک کند. ما توسط یک منبع عظیم، آبی و دست نخورده احاطه شده ایم.

آب دریا از پردیس PNNL-Sequim به این پروژه تحقیقاتی دامن زد. منبع: آندریا استار | آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام

از آب سکویم گرفته تا نمک جامد

ساببان و تیم روش جدید خود را با استفاده از آب دریا از پردیس PNNL-Sequim آزمایش کردند و به محققان این امکان را داد که از امکانات PNNL در سراسر ایالت واشنگتن استفاده کنند.

ساببان گفت: به عنوان یک کارمند علوم ساحلی، من فقط با یکی از اعضای تیم شیمی Sequim تماس گرفتم و درخواست نمونه آب دریا کردم. روز بعد، ما یک کولر را به آزمایشگاه خود در سیاتل تحویل دادیم. در داخل، بسته‌های سرد و یک بطری آب دریای سرد Sequim پیدا کردیم. این کار نشان دهنده همکاری است که می‌تواند در پردیس‌های Richland، Seattle و Sequim PNNL اتفاق بیفتد.

در روش هم جریان آرام، محققان آب دریا را در کنار محلولی با هیدروکسید روان می‌کنند. آب دریا حاوی منیزیم به سرعت واکنش نشان می‌دهد و لایه‌ای از هیدروکسید منیزیم جامد را تشکیل می‌دهد. این لایه نازک به عنوان مانعی برای مخلوط کردن محلول عمل می‌کند.

Qingpu Wang، محقق فوق دکتری PNNL، گفت: فرآیند جریان نتایج بسیار متفاوتی نسبت به مخلوط کردن محلول‌های ساده ایجاد می‌کند. سد اولیه هیدروکسید منیزیم جامد از تعامل کلسیم با هیدروکسید جلوگیری می‌کند. ما می‌توانیم به طور انتخابی هیدروکسید منیزیم جامد خالص را بدون نیاز به مراحل تصفیه اضافی تولید کنیم.

گزینش پذیری این فرآیند آن را به ویژه قدرتمند می‌کند. تولید هیدروکسید منیزیم خالص، بدون هیچ گونه آلودگی کلسیمی، به محققان این امکان را می‌دهد که از مراحل تصفیه انرژی بر و گران قیمت صرف نظر کنند.

پایداری برای آینده

فرآیند جدید و ملایم این پتانسیل را دارد که بسیار پایدار باشد. به عنوان مثال، هیدروکسید سدیم مورد استفاده برای استخراج نمک منیزیم را می‌توان در محل با استفاده از آب دریا و انرژی‌های تجدید پذیر دریایی تولید کرد. حذف منیزیم یک پیش تصفیه ضروری برای نمک زدایی آب دریا است. پیوند فرآیند جدید با فناوری‌های موجود می‌تواند تبدیل آب دریا به آب شیرین را آسان‌تر و ارزان‌تر کند.

تیم به ویژه در مورد آینده این فرآیند هیجان زده است. کار آن‌ها اولین نمایش روش هم جریان آرام برای جداسازی‌های انتخابی است. این رویکرد جدید کاربرد‌های بالقوه زیادی دارد، اما برای درک شیمی اساسی فرآیند باید کار بیشتری انجام شود. شکاف دانش امکانات و جهات تحقیقاتی جدیدی را برای تقویت اقتصاد آبی ارائه می‌دهد.

الیاس ناکوزی، دانشمند مواد PNNL، گفت: ما می‌خواهیم این کار را از تجربی به پیش‌گویانه برسانیم. فرصتی هیجان انگیز برای ایجاد درک اساسی از نحوه عملکرد این فرآیند و در عین حال استفاده از آن برای مشکلات مهمی مانند ایجاد مواد انرژی جدید و دستیابی به جداسازی انتخابی یون‌های جداشدنی برای تصفیه آب و بازیابی منابع وجود دارد.