Nhu cầu về lithium đang tăng do sử dụng trong pin cho thiết bị di động, ô tô và lưu trữ năng lượng sạch. Việc đảm bảo tiếp cận các mỏ khoáng sản tự nhiên hiện là vấn đề có tầm quan trọng chiến lược, nhưng lithium có thể được tìm thấy ở nơi khác trong tự nhiên.
Sơ đồ quy trình điện phân chọn lọc để chiết xuất liti từ dung dịch nước muối. Tín dụng: Nature Water (2025). DOI: 10.1038/s44221-025-00398-8
Là một giải pháp thay thế cho khai thác mỏ, các nhà nghiên cứu của Imperial đã tạo ra một công nghệ có thể được sử dụng để chiết xuất hiệu quả vàng từ các nguồn nước mặn như nước muối hồ muối hoặc dung dịch nước muối địa nhiệt.
Quá trình chiết xuất lithium thông thường từ nước muối mất nhiều tháng và sử dụng một lượng lớn nước và hóa chất, tạo ra khí thải nhà kính trong quá trình này. Phương pháp thay thế do Tiến sĩ Qilei Song và nhóm của ông tại Khoa Kỹ thuật Hóa học phát triển sử dụng màng tách lithium khỏi nước muối bằng cách lọc qua các lỗ nhỏ.
Nhược điểm thường gặp của phương pháp này là các lỗ chân lông cũng cho phép magiê và các chất gây ô nhiễm khác đi qua, nhưng nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại polyme đặc biệt có tính chọn lọc cao đối với lithium. Chi tiết về phương pháp này và cách thức mở rộng quy mô để ứng dụng thực tế vừa được công bố trên tạp chí Nature Water.
Polyme có độ xốp siêu nhỏ nội tại
Trong hơn một thập kỷ, Tiến sĩ Song đã nghiên cứu một thế hệ màng polyme tổng hợp mới, dựa trên các vật liệu được gọi là polyme có độ xốp siêu nhỏ bên trong (PIM). Các polyme này được bắn xuyên qua các lỗ siêu nhỏ hình đồng hồ cát, tạo ra các kênh có trật tự mà các phân tử và ion nhỏ có thể di chuyển qua.
Trong nghiên cứu mới này, nhóm của Tiến sĩ Song đã tinh chỉnh các lỗ nhỏ để trở nên có tính chọn lọc cao đối với lithium. Được sử dụng trong thiết bị điện phân, các ion lithium được kéo hiệu quả qua các lỗ nhỏ của màng bằng dòng điện, trong khi các ion magiê lớn hơn bị bỏ lại.
Được thử nghiệm trên nước muối mô phỏng ở hồ nước mặn, các màng PIM này có tính chọn lọc cao đối với lithium và tạo ra lithium cacbonat cấp pin có độ tinh khiết cao.
Tuy nhiên, nếu những màng này có thể sử dụng thực tế, chúng phải được sản xuất với số lượng lớn. May mắn thay, các polyme này hòa tan trong dung môi thông thường và có thể được biến thành màng bằng các kỹ thuật công nghiệp đã được thiết lập.
"Các tuyến đường tổng hợp polyme dựa trên các monome có sẵn trên thị trường và các biến đổi hóa học đơn giản, giúp việc mở rộng quy mô màng tương đối dễ dàng", Dingchang Yang, một nghiên cứu sinh tiến sĩ trong nhóm của Tiến sĩ Song, người dẫn đầu công trình thử nghiệm, cho biết. Chúng cũng có thể dễ dàng được kết hợp vào các mô-đun màng thương mại và kết hợp với các quy trình tách khác, điều này cũng sẽ đẩy nhanh việc sử dụng chúng.
Triển vọng thương mại
Imperial đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho các màng này và một loạt các ứng dụng khác nhau, bao gồm cả chiết xuất lithium. Tiến sĩ Song hiện đang làm việc với Imperial Enterprise và ChemEng Enterprise, sáng kiến chuyển giao công nghệ của Khoa Kỹ thuật Hóa học, để khám phá tiềm năng thương mại hóa công nghệ.
Ông cho biết: "Chúng tôi đang trong quá trình thành lập một công ty công nghệ khí hậu và mong muốn xây dựng quan hệ đối tác với các công ty để khai thác lithium ở quy mô lớn bằng cách sử dụng các giải pháp nước muối thực sự".
Việc cô lập lithium chỉ là bước khởi đầu cho tiềm năng của các màng có độ chọn lọc cao này. "Công nghệ này có tiềm năng to lớn trong nhiều lĩnh vực quan trọng về mặt thương mại, từ lưu trữ năng lượng đến lọc nước đến thu hồi các vật liệu quan trọng trong nền kinh tế tuần hoàn", Giáo sư Sandro Macchietto, Giám đốc Doanh nghiệp tại Khoa Kỹ thuật Hóa học cho biết.
Một hướng nghiên cứu sẽ áp dụng polyme trao đổi ion và phương pháp điện phân chọn lọc vào quá trình chiết xuất đồng và các ion kim loại khác từ nước trong quá trình khai thác. "Điều này liên quan chặt chẽ với quá trình chiết xuất bền vững các vật liệu quan trọng, đang được Trung tâm Vật liệu Tương lai Rio Tinto tại Imperial theo đuổi", Tiến sĩ Song cho biết.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
