Большая часть лития в мире в настоящее время поступает из нескольких стран, где его добывают из твердых пород или выпаривают из соляных озер. Это дорого и долго, к тому же возникает зависимость от поставщиков. Есть литий и в морской воде и подземных рассолах. Однако до сих пор технологии его получения из этих источников были слишком неэффективными.

Команда ученых из Аргоннской национальной лаборатории и Чикагского университета разработала метод, позволяющий расслаивать вермикулит на сверхтонкие пленки толщиной всего в одну миллиардную метра, а затем укладывать их в плотный слоистый фильтр. Пленки получаются настолько тонкими, что их можно отнести к двумерным материалам, пишет IE.

Правда, поначалу слои необработанной глины из-за сильного сродства частиц разваливались в воде в течение получаса. Чтобы решить эту проблему, исследователи покрыли двумерную глиняную мембрану микроскопическими столбиками оксида алюминия, придав ей стабильную структуру, напоминающую многоуровневую парковку. Такая конструкция не только сохраняет целостность мембраны в воде, но и позволяет фильтровать ионы по размеру и заряду, что имеет ключевое значение для отделения лития от похожих элементов, таких как магний и натрий.

Затем исследователи добавили в мембрану катионы натрия, изменив поверхностный заряд с нейтрального на положительный. В соленой воде ионы лития и магния заряжены положительно, но у магния более более высокий заряд по сравнению с литием. Таким образом, ионам лития легче проходить сквозь мембрану. Ради дальнейшего повышения селективности ученые добавили ионы натрия, сузив пористую структуру мембраны.

Результатом стал масштабируемый и недорогой метод фильтрации, который может сделать доступным нетронутые запасы лития, в изобилии присутствующие в океанах, подземных рассолах и даже сточных водах.

«Фильтруя как по размеру, так и по заряду ионов, наша мембрана способна извлекать литий из воды с гораздо большей эффективностью, — сказал Лю Инин, первый автор исследования. — Такая мембрана могла бы снизить нашу зависимость от иностранных поставщиков и открыть путь к новым запасам лития в местах, о которых мы раньше и не задумывались».

Другой способ добычи лития из воды разработала команда специалистов из Университета Райса. В его основе — мембрана, изготовленная из твердотельных электролитов аккумуляторов. Как выяснилось, она обладает подходящей кристаллической структурой и не пропускает молекулы воды и ионы с другим зарядом.