Селективное извлечение катионов лития из смеси хлоридов щелочных металлов с использованием электробаромембранного процесса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проблема малореагентного разделения катионов Na+, K+ и Li+ приобретает все большее значение в связи с поиском новых технологий извлечения лития из рассолов и рекуперации этого ценного элемента из уже отработавших источников энергии. В данной работе представлены результаты апробации электробаромембранного процесса, в котором градиенты электрического поля и поля давлений направлены в противоположные стороны. Эксперименты проведены в проточной лабораторной ячейке, камеры обессоливания и концентрирования которой разделены трековой мембраной и ограничены анионообменными мембранами МА-41. Рабочая площадь каждой из мембран равняется 30 см2. Перерабатываемый раствор содержит 70, 75 и 55 ммоль/л LiCl, KCl и NaCl, соответственно. Показано, что при плотности тока 11,7 мА/см2 и разности давлений 0,2 бар в контуре обессоливания удается обеспечить скорость накопления катионов Li+, равную 0,05 моль/(м2 ч), и скорости убыли из этого контура катионов Na+ и K+, равные –0,09 и –0,25 моль/(м2ч), соответственно. Рассмотрены факторы, которые могут влиять на эффективность разделения Li+ и Na+, K+.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Ю. Бутыльский

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, д. 149

В. А. Троицкий

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет; Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, д. 149; 346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, д. 132

Н. В. Смирнова

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, д. 132

Н. Д. Письменская

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, д. 149

П. Ю. Апель

Объединенный институт ядерных исследований

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 141980, Дубна, ул. Жолио-Кюри, д. 6

И. В. Блонская

Объединенный институт ядерных исследований

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 141980, Дубна, ул. Жолио-Кюри, д. 6

В. В. Никоненко

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, д. 149

Список литературы

  1. Bradley D.C., Stillings L.L., Jaskula B.W., Munk L., McCauley A.D. Lithium, 1802K, Reston, VA, 2017.
  2. Zhang Y., Yu D., Jia C., Sun L., Tong A., Wang Y., Wang Y., Huang L., Tang J. // Desalination. 2023. V. 66. P. 116891.
  3. Рябцев А. Д., Коцупало Н. П., Вахромеев А. Г., Комин М. Ф. // Рациональное освоение недр. 2013. №. 1. С. 44–51.
  4. Gabra G.G., Torma A.E. // Hydrometallurgy. 1978. V. 3. №. 1. P. 23–33.
  5. Shi D., Zhang L., Peng X., Li L., Song F., Nie F., Ji L., Zhang Y. // Desalination. 2018. V. 441. P. 44–51.
  6. Besserguenev A.V., Fogg A.M., Francis R.J., Price S.J., Hare D. O’, Isupov V.P., Tolochko B.P. // Chem. Mater. 1997. V. 9. №. 1. P. 241–247.
  7. Chitrakar R., Kanoh H., Miyai Y., Ooi K. // ChemInform. 2001. V. 32. №. 4. P. 3151–3157.
  8. Guo Y., Yu J., Su H., Lin S. // Desalination. 2001. V. 571. №. 117113.
  9. Wang J., Yue X., Wang P., Yu T., Du X., Hao X., Abudula A., Guan G. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2022. V. 154. №. 111813.
  10. Zhang Y., Xu R., Wang L., Sun W., Guan G. // Miner. Eng. 2022. V. 180. №. 107468.
  11. Lai X., Xiong P., Zhong H. // Miner. Eng. 2020. V. 192. №. 105252.
  12. Zhu R., Wang S., Srinivasakannan C., Li S., Yin S., Zhang L., Jiang X., Zhou G., Zhang N. // Environ. Chem. Lett. 2023. V. 21. №. 3. P. 1611–1626.
  13. Lide D.R., CRC Handbook of Chemistry and Physics 86TH Edition. 2005.
  14. Wei X., Gao W., Wang Y., Wu K., Xu T. // Sep. Purif. Technol. 2022. V. 280. №. 119909.
  15. Бутыльский Д. Ю., Письменская Н. Д., Никоненко В. В. // Успехи химии. 2023. Т. 92. С. 4. (англоязычная версия: Butylskii D.Y., Dammak L., Larchet C., Pismenskaya N.D., Nikonenko V.V. // Russ. Chem. Rev. 2023. V. 92. P. 5074.)
  16. Gao S.-L., Qin Z.-X., Wang B.-F., Huang J., Xu Z.-L., Tang Y.-J. // Desalination. 2024. V. 572. №. 117142.
  17. Ying J., Lin Y., Zhang Y., Yu J. // ACS ES and T Water. 2023. V. 3. №. 7. P. 1720–1739.
  18. Wang H., Zeng G., Yang Z., Chen X., Wang L., Xiang Y., Zeng X., Feng Z., Tang B., Yu X., Zeng Y. // Sep. Purif. Technol. 2024. V. 330. №. 125254.
  19. Figueira M., Rodríguez-Jiménez D., López J., Reig M., Cortina J. L., Valderrama C. // Desalination. 2023. V. 549. №. 1116321.
  20. Bazrgar Bajestani M., Moheb A., Dinari M. // Desalination. 2020. V. 486. №. 114476.
  21. Sharma P.P., Yadav V., Rajput A., Gupta H., Saravaia H., Kulshrestha V. // Desalination. 2020. V. 496. №. 114755.
  22. Ying J., Luo M., Jin Y., Yu J. // Desalination. 2020. V. 492. №. 1146215.
  23. Brewer A.K., Madorsky S.L., Westhaver J.W. // Science. 1946. V. 104. №. 2694. P. 156 –157.
  24. Forssell P., Kontturi K. // Sep. Purif. Technol. 1983. V. 18. №. 3. P. 205 – 214.
  25. Kontturi K., Pajari H. // Sep. Purif. Technol. 1986. V. 21. №. 10. P. 1089–1099.
  26. Tang C., Bondarenko M.P., Yaroshchuk A., Bruening M.L. // J. Memb. Sci. 2021. V. 638. № 119684.
  27. Butylskii D.Y., Pismenskaya N.D., Apel P.Y., Sabbatovskiy K.G., Nikonenko V.V. // J. Memb. Sci. 2021. V. 635. №. 119449.
  28. Butylskii D., Troitskiy V., Chuprynina D., Dammak L., Larchet C., Nikonenko V. // Membranes. 2021. V. 13. №. 5. Art. 509.
  29. Сарапулова В.В., Пасечная Е.Л., Титорова В.Д., Письменская Н.Д., Апель П.Ю., Никоненко В.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2020. Т. 10. № 5. С. 350–370. (англоязычная версия: Sarapulova V. V., Pasechnaya E.L., Titorova V.D., Pismenskaya N.D., Apel P.Y., Nikonenko V. V. // Membr. Membr. Technol. 2020. V. 2. P. 332–350.)
  30. Kozhina E., Panov D., Kovalets N., Apel P., Bedin S. // Nanotechnology. 2023. V. 35. № 3. Art. 035601.
  31. Flerov G.N., Apel P.Y., Didyk A.Y., Kuznetsov V.I., Oganesyan R.T. // Soviet At. Energy. 1989. V. 67, P. 763–70.
  32. Apel P. Y. //Encyclopedia of membrane science and technology. 2013. P. 1–25.
  33. Monopolar membranes. http://www.azotom.ru/monopolyarnye-membrany/ (accessed September 26, 2023).
  34. Сарапулова В.В., Титорова В.Д., Никоненко В.В., Письменская Н.Д. // Мембраны и мембранные технологии. 2019. Т. 9. № 3. С. 198–213. (англоязычная версия: Sarapulova V.V., Titorova V.D., Nikonenko V.V., Pismenskaya N.D. // Membr. Membr. Technol. 2019. V. 1. № 3. P. 168–182.)
  35. Белей И., Кармацких С. А., Речапов Д. А., Цыпкин Е. Б., Коростелев А. С., Антоненко Д. В. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2018. №. 4. С. 23–30.
  36. Кислый, А. Г., Бутыльский, Д. Ю., Мареев, С. А., & Никоненко, В. В. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. № 2. С. 146–154. (англоязычная версия: Kislyi A.G., Butylskii D.Y., Mareev S.A., Nikonenko V.V. // Membr. Membr. Technol. 2021. V. 3. № 2. P. 131–138.)
  37. Zhao Y., Xiang X., Wang M., Wang H., Li Y., Li J., Yang H. // Desalination. 2021. V. 512. №. 115126.
  38. Tang C., Yaroshchuk A., Bruening M. L. // Chem. Commun. 2020. V. 56. №. 74. P. 10954 –10957.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки (а): лабораторная ячейка (1), источник тока (2), насосы (3), промежуточные емкости контуров I и II (4), манометры (5), вентиль для создания избыточного давления (6), промежуточная емкость контуров электродных камер (7). На рисунке (б) показана рамка с сепаратором, разделяющая мембраны.

Скачать (451KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электропроводности растворов в промежуточных емкостях контуров камер I и II в зависимости от длительности электро-баромембранного процесса, осуществляемого при плотности тока 11,7 мА/см2 (а) и 13,3 мА/см2 (б). Разность давлений между камерами I и II в обоих экспериментах равнялась 0,2 бар.

Скачать (261KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение числа молей LiCl (а), KCl (б) и NaCl (в) в контуре I в зависимости от длительности электробаромембранного процесса, осуществляемого при плотности тока 11,7 мА/см2 (кривые 1) и 13,3 мА/см2 (кривые 2). Линии на рисунках служат ориентиром для глаз.

Скачать (266KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схематическое представление распределения концентраций и значений скоростей движения конкурирующих ионов Li+, Na+ и K+ в начале (а) процесса и спустя 40 ч (б).

Скачать (143KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024