Lithiumionen-Extraktion

Die zunehmende Nutzung von Lithium in Akkus und Hochleistungslegierungen erfordert verbesserte Extraktionsmethoden für Lithium aus Primärquellen wie Salzseen. Chinesische Wissenschaftler haben jetzt eine Festmembran entwickelt, die die Ionenselektion von biologischen Ionenkanälen mit der Molekularsiebtechnik kombiniert. In der Zeitschrift Angewandte Chemie beschreiben sie die effiziente Abtrennung von Lithiumionen aus ionenhaltiger Lauge mit ihrer innovativen Festmembran aus einem polymerfunktionalisierten metallorganischen Gerüst.

Lithium ist kein seltenes Element, aber die chemische Nähe der Lithiumionen mit Natrium-, Magnesium- oder Kaliumionen machen eine selektive Abtrennung schwierig. Trotz vieler verfügbaren Techniken ist eine ökonomische, umweltfreundliche und effiziente Extraktionstechnologie noch nicht gefunden.

Xinsheng Peng and Banglin Chen an der Zhejiang University von Hangzhou (China) und der University of Texas at San Antonio (USA) untersuchen die kombinierte Selektion aus chemischer Affinität und Molekularsiebtechnik. Sie stellen eine Komposit-Festmembran aus einem porösen metallorganischen Gerüst vor, in das ein funktionelles Polymer verwoben ist, und mit dem sie eine hervorragende Lithiumionenleitfähigkeit bei gleichzeitiger Rückhaltung von Störionen erzielen.

Als Festmembran-Basis wählten die Wissenschaftler das HKUST-1, ein kupferhaltiges Koordinationspolymer. Durch seine Porösität wirkt es als Molekularsieb und kann größere Bestandteile zurückhalten.

Für die Selektion nach der chemischen Affinität integrierten sie lineares Polystyrolsulfonat (PSS) in die Festmembran, dessen funktionelle Gruppen eine besonders gute Leitfähigkeit von Lithiumionen gegenüber anderen Ionen haben. „Das Verhältnis der Leitfähigkeiten zwischen verschiedenen Kationen zählt als idealer Trennfaktor“, begründen die Autoren ihre Wahl.

Das PSS-Polymer wurde in einem zweistufigen Prozess in das HKUST-1-Gerüst eingewoben, zuerst durch feste Verknüpfung mit der HKUST-1-Vorstufe und dann Umwandlung in die PSS@HKUST-1-Membran. Die hergestellte Komposit-Festmembran vereinigt somit das Molekularsiebgerüst des Komposits mit der Polymerfunktionalität.

Die Wissenschaftler beobachteten tatsächlich eine herausragende Selektivität für Lithium über die verwandten Natrium-, Kalium- oder Magnesiumionen, und das bei einer raschen Lithiumflussrate. Durch den Siebeffekt können nur kleine Ionen passieren, größere Verunreinigungen wie Schwermetalle bleiben draußen. Und der Ansatz lässt sich verallgemeinern. „Er kann auch auf andere polymerfunktionalisierte poröse Komposite erweitert werden“, meinen die Autoren. Lithium könnte bald aus Salzseen gewonnen werden.

Angewandte Chemie: Presseinfo 39/2016

Autor: Banglin Chen, University of Texas at San Antonio (USA), https://www.utsa.edu/chem/faculty/BanglinChen.html

Link zum Originalbeitrag: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201607329

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