விஞ்ஞானிகள் நிலையான இரசாயனங்களை பேட்டரி லித்தியத்திற்கான ஆதாரமாக மாற்றுகின்றனர்

ரைஸ் பல்கலைக்கழக விஞ்ஞானிகள் PFAS எனப்படும் கழிவு பெர்ஃப்ளூரோஅல்கைல் மற்றும் பாலிபுளோரோஅல்கைல் பொருட்களை அதிக உப்புத்தன்மை கொண்ட உப்புநீரில் இருந்து லித்தியத்தை பிரித்தெடுப்பதற்கான ஆதாரமாக மாற்றும் நுட்பத்தை உருவாக்கியுள்ளனர். நேச்சர் வாட்டர் இதழில் வெளியிடப்பட்ட செயல்முறை, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் பயன்படுத்துவதற்கு ஏற்ற 99% தூய்மையுடன் ஃவுளூரைனேற்றப்பட்ட லித்தியத்தைப் பெறுவதை சாத்தியமாக்குகிறது. இந்த அணுகுமுறை இரண்டு சுற்றுச்சூழல் பிரச்சனைகளை நிவர்த்தி செய்கிறது: சுற்றுச்சூழலில் தொடர்ந்து இருக்கும் PFAS ஐ அகற்றுதல் மற்றும் நிலையான தொழில்நுட்பங்களில் லித்தியத்திற்கான வளர்ந்து வரும் தேவை.

இந்த முறையானது PFAS-நிறைவுற்ற சிறுமணி செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பனை வெவ்வேறு தனிமங்கள் நிறைந்த உப்புநீருடன் கலப்பதாகும். கலவையை அதிக வெப்பநிலைக்கு விரைவாக சூடாக்குவதன் மூலம், PFAS இல் உள்ள ஃவுளூரைடு வெளியேறுகிறது மற்றும் கரைசலில் நேர்மறை அயனிகளுடன் பிணைக்கிறது, இது லித்தியம் புளோரைடு போன்ற கலவைகளை உருவாக்குகிறது. பாரம்பரிய பிரித்தெடுக்கும் நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடும்போது குறைந்த சுற்றுச்சூழல் தாக்கத்துடன், கிடைக்கக்கூடிய லித்தியத்தில் 82% வரை மீட்டெடுப்பதை சோதனைகள் நிரூபித்துள்ளன.

இந்த மீட்டெடுக்கப்பட்ட லித்தியத்தை பேட்டரி எலக்ட்ரோலைட்டுகளில் ஒருங்கிணைப்பதன் மூலம், காலப்போக்கில் அதிக நிலையான திறன் கொண்ட சிறந்த செயல்திறன் கிடைத்தது. வழக்கமான முறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​குழுவின் கணக்கீடுகளின்படி, செயல்முறை ஐந்து மடங்கு அதிக லாபத்தை உருவாக்க முடியும். இந்த கண்டுபிடிப்பு 2030 க்குள் திட்டமிடப்பட்ட லித்தியம் பற்றாக்குறையின் போது வருகிறது, இது மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் மின்னணு சாதனங்களின் எழுச்சியால் இயக்கப்படுகிறது.

விரிவான பிரித்தெடுத்தல் செயல்முறை

கிரானுலர் ஆக்டிவேட்டட் கார்பனைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் நுட்பம் தொடங்குகிறது, இது பொதுவாக ஃபில்டர்களில் தீயணைப்பு நுரை போன்ற மூலங்களிலிருந்து PFAS ஐ அகற்ற பயன்படுகிறது. இந்த நிறைவுற்ற கார்பன், நிராகரிக்கப்படுவதற்குப் பதிலாக, எலக்ட்ரோடு போன்ற அமைப்பில் இணைக்கப்படுகிறது, அங்கு அது லித்தியம் மற்றும் பிற தாதுக்களைக் கொண்ட அதிக உப்புத்தன்மை கொண்ட உப்புநீருடன் கலக்கிறது. 1,000 டிகிரி செல்சியஸுக்கு விரைவான வெப்பமாக்கல் PFAS இலிருந்து ஃவுளூரைடை வெளியிடுகிறது, இது கரைசலில் நேர்மறை கேஷன்களுடன் பிணைக்க அனுமதிக்கிறது.

குளிர்ந்த பிறகு, உருவான கலவை லித்தியம் புளோரைட்டின் கொதிநிலைக்கு 1,676 டிகிரி செல்சியஸில் இரண்டாவது வெப்பமாக்கல் மூலம் தனிமைப்படுத்தப்படுகிறது. இந்த நடவடிக்கை இறுதி தயாரிப்பின் உயர் தூய்மைக்கு உத்தரவாதம் அளிக்கிறது. மீதமுள்ள கழிவுகள் நச்சுத்தன்மையற்றதாக மாறி, PFAS அகற்றலுடன் தொடர்புடைய சுற்றுச்சூழல் அபாயத்தைக் குறைக்கிறது.

பேட்டரி துறையில் தாக்கங்கள்

இந்த முறை மூலம் பிரித்தெடுக்கப்பட்ட லித்தியம் மூலம் தயாரிக்கப்பட்ட பேட்டரிகள் நீண்ட கால சோதனைகளில் அதிக நிலைத்தன்மையை வெளிப்படுத்தின, ஒரு மாத பயன்பாட்டிற்குப் பிறகு திறனை பராமரிக்கின்றன. 99% தூய்மையானது எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் மின்சார வாகனப் பயன்பாடுகளுக்குத் தேவையான தரநிலைகளை பூர்த்தி செய்கிறது. உப்பு ஆவியாதல் அடிப்படையில் பாரம்பரிய பிரித்தெடுத்தல்களுடன் ஒப்பிடும்போது இந்த செயல்முறை நீர் மற்றும் ஆற்றல் நுகர்வு குறைக்கிறது என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் எடுத்துக்காட்டுகின்றனர்.

மேலும், மதிப்பிடப்பட்ட லாபம் அதிகமாக உள்ளது, தொழில்துறை நடவடிக்கைகளில் ஐந்து மடங்கு லாபம் கிடைக்கும். இந்த பொருளாதார நன்மை தென் அமெரிக்கா மற்றும் ஆஸ்திரேலியாவின் பகுதிகள் போன்ற ஏராளமான உப்புநீரைக் கொண்ட பகுதிகளில் தத்தெடுப்பை ஊக்குவிக்கும்.

PFAS சுற்றுச்சூழல் சவால்கள் மற்றும் முன்மொழியப்பட்ட தீர்வுகள்

PFAS, மண், நீர் மற்றும் காற்றில் குவிந்து கிடக்கும் நான்-ஸ்டிக் பூச்சுகள் மற்றும் கறை-எதிர்ப்பு துணிகள் போன்ற தயாரிப்புகளில் 1940 களில் இருந்து பயன்படுத்தப்படுகிறது. மனித உறுப்புகள் மற்றும் உணவுகளில் இந்த பொருட்கள் இருப்பதை ஆய்வுகள் சுட்டிக்காட்டுகின்றன, வளர்ந்த நாடுகளில் மக்கள்தொகையில் பரவலான வெளிப்பாடு உள்ளது. யுனைடெட் ஸ்டேட்ஸ் சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்பு நிறுவனம், சில நோய்களின் அதிகரித்த அபாயங்களுக்கான சாத்தியமான இணைப்புகள் உட்பட சுகாதார விளைவுகளை கண்காணிக்கிறது.

வளர்ந்த நுட்பம் இந்த மாசுபடுத்திகளை மதிப்புமிக்க உள்ளீடாக மாற்றுகிறது, இது பொருத்தமற்ற அகற்றலின் தேவையை குறைக்கிறது. நிறைவுற்ற கார்பனை மீண்டும் பயன்படுத்துவதன் மூலம், நிலப்பரப்பு மற்றும் நீர் சுத்திகரிப்பு அமைப்புகளில் நச்சுக் கழிவுகளின் சுமையை இந்த முறை குறைக்கிறது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த செயல்முறையை தொழில்துறை பயன்பாடுகளுக்கு அளவிட திட்டமிட்டுள்ளனர், வெவ்வேறு உப்பு கலவைகளில் உள்ள மாறுபாடுகளை சோதிக்கின்றனர்.

தொடர்புடைய ஆராய்ச்சியில் முன்னேற்றம்

மற்ற குழுக்கள் லித்தியம் பிரித்தெடுப்பதற்கான மாற்று முறைகளை ஆராய்ந்து வருகின்றன, அதாவது ரெடாக்ஸ் ஜோடிகளுடன் எலக்ட்ரோடையாலிசிஸ், இது பாரம்பரியமானவற்றில் 40% க்கும் குறைவான செலவாகும். இந்த அணுகுமுறைகள் பெரிய ஆவியாதல் குளங்களைத் தவிர்க்கின்றன, வறண்ட பகுதிகளில் நீர் ஆதாரங்களைப் பாதுகாக்கின்றன. பேட்டரிகளுக்கு லித்தியம் கார்பனேட்டாக மாற்றக்கூடிய உயர்-தூய்மை லித்தியம் ஹைட்ராக்சைடுக்கு டன் ஒன்றுக்கு $3,500 முதல் $4,400 வரை மதிப்பிடப்பட்ட விலை மாறுபடும்.

அடுத்த தலைமுறை பேட்டரிகளுக்கான PFAS-இலவச கரைப்பான்களில் புதுமைகளும் முன்னேறி வருகின்றன, தொடர்ந்து ஃவுளூரின் இல்லாத நிலைத்தன்மை மற்றும் செயல்திறனில் கவனம் செலுத்துகின்றன. சிகாகோ பல்கலைக்கழகம் போன்ற ஆய்வகங்கள் லித்தியம்-உலோக பேட்டரிகளுக்கு ஃபுளோரின் அல்லாத கரைப்பான்களின் குடும்பங்களை உருவாக்குகின்றன, அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. இந்த ஆராய்ச்சி PFAS இன் மறுபயன்பாட்டை நிறைவு செய்கிறது, ஆற்றல் விநியோகச் சங்கிலியில் மிகவும் நிலையான சுழற்சிகளை ஊக்குவிக்கிறது.

பொருளாதார நன்மைகள் மற்றும் சந்தை கணிப்புகள்

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலுக்கான மாற்றத்துடன் லித்தியத்திற்கான உலகளாவிய தேவை கணிசமாக வளரும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. தசாப்தத்தின் இறுதி வரை தற்போதைய உற்பத்தி மின்சார வாகனங்களின் விரிவாக்கத்தை பூர்த்தி செய்யாது என்று கணிப்புகள் குறிப்பிடுகின்றன. விவரிக்கப்பட்ட முறைகள், சிறிய சுற்றுச்சூழல் தடம் மற்றும் அதிக நிதி நம்பகத்தன்மையுடன் திறமையான மாற்றீட்டை வழங்குகின்றன.

சுரங்கத் துறையில் உள்ள நிறுவனங்கள் தற்போதுள்ள செயல்பாடுகளுடன் ஒருங்கிணைக்க இந்த கண்டுபிடிப்புகளை கண்காணிக்கின்றன. குறைந்த செலவுகள் லித்தியத்தை மிகவும் மலிவாக மாற்றும், வளர்ந்து வரும் சந்தைகளில் சுத்தமான தொழில்நுட்பங்களை ஏற்றுக்கொள்வதை அதிகரிக்கும்.

நடைமுறை பயன்பாடுகள் மற்றும் ஆரம்ப சோதனைகள்

ஃவுளூரைனேற்றப்பட்ட லித்தியத்தின் சீரான மீட்புடன், ஆய்வக நிலைமைகளின் கீழ் செயல்முறையின் செயல்திறனை ஆரம்ப சோதனைகள் உறுதிப்படுத்தின. இந்த பொருளில் இருந்து தயாரிக்கப்பட்ட பேட்டரிகளின் நிலைத்தன்மை, சிகிச்சையளிக்கப்படாத கட்டுப்பாடுகளை விஞ்சி, நிஜ-உலகப் பயன்களில் மேம்பட்ட ஆயுளைப் பரிந்துரைக்கிறது. ஆராய்ச்சி குழுக்கள் இப்போது பெரிய அளவீடுகளுக்கான மேம்படுத்தல்களில் கவனம் செலுத்துகின்றன, வெப்பநிலை மற்றும் இரசாயன கலவைகளில் உள்ள மாறுபாடுகளை மதிப்பிடுகின்றன.

தற்போதுள்ள வடிகட்டுதல் அமைப்புகளுடன் ஒருங்கிணைப்பு, சுற்றுச்சூழல் மறுசீரமைப்பு செயல்முறைகளில் இருந்து கழிவுகளைப் பயன்படுத்தி, தத்தெடுப்பை எளிதாக்குகிறது. மாசுபடுத்தும் சிகிச்சை மற்றும் வளங்களை பிரித்தெடுத்தல் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான இந்த ஒருங்கிணைப்பு வட்டப் பொருளாதாரத்தில் ஒரு முன்னேற்றத்தைக் குறிக்கிறது.

சுற்றுச்சூழல் தீர்விற்கான முன்னோக்குகள்

லித்தியம் பிரித்தெடுத்தலில் PFAS ஐ மீண்டும் பயன்படுத்துவது சுற்றுச்சூழல் அமைப்பில் இந்த சேர்மங்களின் நிலைத்தன்மையை நிவர்த்தி செய்கிறது. இதேபோன்ற நுட்பங்கள் பெர்ஃப்ளூரோக்டானோயிக் அமிலங்களில் உள்ள கார்பன்-ஃவுளூரின் பிணைப்புகளில் 95% வரை அழித்து, அவற்றை மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய வடிவங்களாக மாற்றுகின்றன. பேட்டரி எலக்ட்ரோலைட்டுகளில் PFAS ஐ உடைக்க, நிலையான அகற்றல் விருப்பங்களை விரிவுபடுத்துவதற்கான மின்வேதியியல் நிலைமைகளை கூடுதல் ஆராய்ச்சி ஆராய்கிறது.

இந்த முன்னேற்றங்கள் PFAS மீதான கடுமையான கட்டுப்பாடுகளுக்கு பங்களிக்கின்றன, மறுசுழற்சி நடைமுறைகளை கடைப்பிடிக்க தொழில்களை ஊக்குவிக்கின்றன. பல்கலைக்கழகங்கள் மற்றும் தனியார் துறைகளுக்கு இடையிலான ஒத்துழைப்பு குறைவான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும் முறைகளுக்கு மாற்றத்தை துரிதப்படுத்துகிறது.

பிரித்தெடுத்தலில் நிரப்பு புதுமைகள்

PFAS-சிகிச்சையளிக்கப்பட்ட கார்பனில் லித்தியம் அயனிகளின் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட உறிஞ்சுதல் போன்ற முறைகள் சிக்கலான உப்புநீரில் உறுதியளிக்கின்றன. பொருளின் இந்த செயல்பாட்டு இருமை ஒரே நேரத்தில் மாசு நீக்கம் மற்றும் மதிப்புமிக்க உலோகங்களை மீட்டெடுக்க அனுமதிக்கிறது. சுரங்கங்கள் மற்றும் உப்பு ஏரிகளில் சாத்தியமான பயன்பாடுகளுடன், வெவ்வேறு உப்புத்தன்மையின் சோதனைகள் பல்துறைத்திறனை உறுதிப்படுத்துகின்றன.

பேட்டரிகளுக்கான பகுதியளவு ஃவுளூரைனேட்டட் கரைப்பான்கள் போன்ற பிற அணுகுமுறைகள், PFAS ஐ முற்றிலும் தவிர்த்து, பசுமையான வடிவமைப்புகளை ஊக்குவிக்கின்றன. இந்த கூட்டு கண்டுபிடிப்புகள் லித்தியம் விநியோகச் சங்கிலியை வலுப்படுத்துகின்றன, பாரம்பரிய ஆதாரங்களைச் சார்ந்திருப்பதைக் குறைக்கின்றன.

உலகளாவிய ஆற்றல் மாற்றத்தின் மீதான தாக்கம்

2030 க்குள் லித்தியத்தின் பற்றாக்குறையானது மாற்று ஆதாரங்களைத் தேடுகிறது. PFAS போன்ற நச்சுக் கழிவுகளை மீண்டும் பயன்படுத்தும் நுட்பங்கள் இரட்டை தீர்வுகளை வழங்குகின்றன, மாசுபாட்டைக் குறைக்கின்றன மற்றும் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்கின்றன. உப்புநீர் இருப்பு உள்ள நாடுகள் கனிம ஏற்றுமதியை பல்வகைப்படுத்துவதன் மூலம் பொருளாதார ரீதியாக பயனடையலாம்.

அளவிடுதல் மற்றும் செயல்திறனில் கவனம் செலுத்துவதன் மூலம் ஆராய்ச்சியில் முதலீடுகள் வளர்கின்றன. இந்த போக்கு உலகளாவிய உமிழ்வு குறைப்பு இலக்குகளை ஆதரிக்கிறது, மின்சார வாகனங்களின் விரிவாக்கம் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் சேமிப்பு ஆகியவற்றை எளிதாக்குகிறது.

முறையின் தொழில்நுட்ப விவரங்கள்

இந்த செயல்முறையானது PFAS மற்றும் உப்புநீருடன் நிறைவுற்ற செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பனைக் கலப்பதை உள்ளடக்கியது, அதைத் தொடர்ந்து ஃவுளூரைடு அயனிகளை வெளியிட விரைவான வெப்பமாக்கல் அடங்கும். இந்த அனான்கள் லித்தியம் கேஷன்களுடன் பிணைந்து, வடிகட்டுதலின் மூலம் மீட்டெடுக்கக்கூடிய லித்தியம் புளோரைடை உருவாக்குகிறது. அடையப்பட்ட தூய்மையானது எலக்ட்ரோலைட்டுகளில் நேரடியாகப் பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது, சோதனைகள் மேம்பட்ட நிலைத்தன்மையைக் காட்டுகின்றன.

வெப்பமூட்டும் நேரம் மற்றும் உப்புநீரின் செறிவு ஆகியவற்றில் உள்ள மாறுபாடுகள் மகசூலை மேம்படுத்தி, 82% வரை மீட்பு அடையும். இறுதி கழிவுகள் செயலற்றவை, பாதுகாப்பான அகற்றலை எளிதாக்குகிறது மற்றும் செயல்பாட்டு செலவுகளைக் குறைக்கிறது.

ஆராய்ச்சி குழு பங்களிப்புகள்

ரைஸ் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் தலைமையிலான குழு வேதியியல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பொறியியலில் நிபுணர்களுடன் ஒத்துழைத்தது. நிலைத்தன்மைக் கொள்கைகளுக்கு ஏற்ப சிக்கலான கழிவுகளை மதிப்புமிக்க வளங்களாக மாற்றுவதை ஆய்வு எடுத்துக்காட்டுகிறது. சிறப்புப் பத்திரிகைகளில் உள்ள வெளியீடுகள் கண்டுபிடிப்புகளை உறுதிப்படுத்துகின்றன, மற்ற ஆய்வகங்களில் பிரதிகளை ஊக்குவிக்கின்றன.

எதிர்காலத் திட்டங்களில் கள சோதனைக்கான தொழில்துறை கூட்டாண்மைகள், வணிக அளவீடுகளில் சாத்தியக்கூறுகளை மதிப்பீடு செய்தல் ஆகியவை அடங்கும். இந்த இடைநிலை அணுகுமுறை மாசு மேலாண்மை மற்றும் கனிமப் பிரித்தெடுத்தலில் புதுமைகளை துரிதப்படுத்துகிறது.