От проблемы к ресурсу: как PFAS может улучшить извлечение лития
Исследования Университета Райса превращают загрязняющие вещества PFAS в критически важные реагенты для восстановления материалов
Можно ли превратить вечные загрязнители в ресурс для энергетического перехода? Судя по всему, да, и новое исследование, проведенное Университетом Райса в Техасе, показало это. Ученые успешно использовали PFAS для извлечения лития из бассейнов соленой воды, и они сделали это, используя меньше воды и энергии, чем традиционные методы.
Что такое ПФАС?
ПФАС – аббревиатура от перфторалкильных и полифторалкильных веществ – представляет собой группу из более чем 10 000 синтетических веществ, которые до сих пор используются во всем мире при синтезе лекарств, пестицидов, упаковки, противопожарных пен, красок и длинного списка других продуктов.
Они были специально созданы, чтобы обеспечить высокую стабильность и устойчивость к экстремальным условиям, но эти характеристики сделали их чрезвычайно опасным загрязнителем окружающей среды, способным противостоять естественным процессам разложения и биоаккумуляции. Другими словами, у них есть все необходимое, чтобы представлять собой гигантскую проблему как на уровне экосистемы, так и на уровне здоровья. Классифицированный как канцерогенный для человека, ПФАС может подавлять активность иммунной системы, нарушать эндокринную и метаболическую функции, способствовать бесплодию, остеопорозу и диабету.
Решительно ужасная картина, по которой принимаются меры – хотя и несколько медленно – особенно на уровне водоочистных сооружений и фильтров с активированным углем.
Экстракция лития из рассола отработанным активированным углем
Исследование Университета Райса вписывается в этот контекст, предлагая средства для повышения ценности отходов PFAS и превращения их из проблемы в ресурс. В частности, группа сосредоточилась на образцах противопожарной пены, собранных в полевых условиях и обработанных гранулированным активированным углем (ГАУ).
GAC предлагает эффективный метод удаления многолетних загрязнителей, но, в свою очередь, создает дополнительный поток отходов. Команда использовала ГАУ, загрязненный ПФАС, в качестве фторирующего агента, добавляя его в рассол с высокой соленостью и быстро нагревая его до температуры более 1000 градусов по Цельсию (прежде чем так же быстро охладить).
Тепло разрушает связи между углеродом и фтором, типичные для ПФАС. Углерод превращается в графен, а фтор связывается с металлами, присутствующими в рассоле, вызывая их осаждение в виде фторидов металлов:
- LiF (фторид лития),
- NaF (фторид натрия)
- KF (фторид калия)
- MgF2 и CaF2 (фториды магния и кальция)
Фторид лития имеет очень низкую растворимость в воде по сравнению с другими солями лития, и разработанный процесс использует стадии промывания и дистилляции для изоляции его от других образующихся фторидов.
Преимущества восстановления фторида лития
Затем исследователи собрали летучий поток, содержащий фторид лития, извлекая 82% доступного фторида лития с чистотой 99%. Следующим этапом исследования была проверка практической обоснованности нового метода извлечения лития из рассола. Как? Путем включения фторида лития в электролиты аккумуляторов и тестирования его стабильности и влияния на производительность элементов.
«Электролиты, содержащие восстановленный фторид лития, показали большую стабильность и превосходные характеристики, подтверждая, что в результате этого процесса получается качественный источник лития, пригодный для использования в батареях».— пишет Стефани Баум на сайте техасского университета.
«Перерабатывая отходы как потенциально полезные соединения, мы смогли превратить проблемные ПФАС, адсорбированные на активированном угле, в ценный металл, который можно использовать, например, в батареях». — сказал Джеймс Тур, заведующий кафедрой химии TT и WF Chao и автор исследования. «Все это обещает значительные выгоды с точки зрения экологии, экономики и эффективности».
Исследование Мгновенное фторирование отходов пер- и полифторалкильными веществами для извлечения лития из рассола была опубликована в журнале Nature Water (2026).