استحصال لیتیم از تلخابه خلیج فارس به کمک نانوذرات منیتیت با پوشش سطحی ارگانوسیلان

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای فرآوری مواد معدنی، استادیار دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان

2 دکترای شیمی تجزیه، مدیر آزمایشگاه شرکت فرآوری نگین املاح دریایی خوزستان

چکیده

لیتیم یک فلز کاملا استراتژیک و منبع تامین انرژی جهان در آینده است. با توجه به کمبود منابع معدنی لیتیم، در این پژوهش استحصال لیتیم از تلخابه حوضچه‏های استحصال نمک از آب دریا در سواحل خلیج فارس در ماهشهر استان خوزستان مورد ارزیابی قرار گرفت. به‏منظور جذب انتخابی لیتیم با عیار اولیه ppm 360 از محلول تلخابه، ابتدا نانوذرات مگنتیت توسط روش هم‏رسوبی در حضور هیدروکسید آمونیوم سنتز شدند. به دلیل عدم پایداری و تمایل به آگلومره شدن این نانوذرات در محلول، سطح آنها توسط سطح‏ساز سیلیکاته پوشش داده شد. ایجاد پوشش سطحی سیلیکایی بر روی نانوذرات مگنتیت با استفاده از پیش ماده‌ی تترا اتیل اورتوسیلیکات با غلظت 1مولار توسط فرآیند سل – ژل انجام شد. نانوذرات مگنتیت پایدار شده توسط ارگانوسیلان آمینوپروپیل ترومتوکسی سیلان (C6H17NO3Si) دارای گروه عاملی شدند و برای آزمایش‏های جذب به کار گرفته شدند. در شرایط دور همزن rpm30، مدت زمان min 40 و نسبت جامد به مایع 9 گرم بر لیتر حدود 1/97% لیتیم از محلول تلخابه استخراج شد. در این شرایط میزان استخراج عناصر مزاحم پتاسیم و منیزیم به ترتیب 4 و 6% اما میزان استخراج سدیم برابر با 34% بدست آمد. شستشو و جداسازی لیتیم و سدیم از سطح نانوذرات جامد توسط ترکیب آمونیومی NH4OH و NH4Cl انجام شد که در مدت زمان min150 بیش از 99% از لیتیم مورد شستشو قرار گرفت اما هم‏زمان تنها حدود 55% از سدیم شستشو

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Extraction of lithium from seawater (Persian Golf) bittern via magnetite nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Masoud Hasani 1
  • Neda Pourmand 2
1 Behbahan Khatam Alanbia University of Technology
2 Dolphin Sea Salt Co
چکیده [English]

Lithium is a very strategic metal and the source of energy for the world in the future. Due to the lack of lithium mineral resources, in this study, the extraction of lithium from the bittern of salt extraction ponds from seawater was evaluated. In order to selectively adsorb lithium from the bittern solution, magnetite nanoparticles were first synthesized by co-precipitation in the presence of ammonium hydroxide. Due to the instability and the tendency of these nanoparticles to agglomerate in solution, their surface was coated with silicate surfactant. Silica surface coating on magnetite nanoparticles was performed using tetraethyl orthosilicate precursor with a concentration of 1 ml by sol-gel process. Magnetite nanoparticles stabilized by organosilane aminopropyl thromotoxy silane (C6H17NO3Si) were functionalized and used for adsorption experiments. At a stirrer speed of 30 rpm, a duration of 40 min and a solid to liquid ratio of 9 g / l, about 97.1% lithium was extracted from the bittern solution. Under these conditions, the extraction of K and Mg elements was negligible and 4 and 6%, respectively, but the extraction of sodium was equal to 34%. Washing and separation of lithium and sodium from the surface of nanoparticles was performed by the ammonium compound NH4OH and NH4Cl, which washed 99% of lithium in 150 min, but only about 55% of sodium was washed at the same time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lithium
  • Bittern
  • Sea Salt ponds
  • Adsorption
منابع 1. Paredes, C. and de San Miguel, E.R., 2020; “Selective lithium extraction and concentration from diluted alkaline aqueous media by a polymer inclusion membrane and application to seawater” ،Desalination, 487, p.114500. 2. Hui-fang Li, Li-juan Li, Lian-min Ji, Xiao-wu Peng, Wu Li, 2019; “The extraction ability andmechanism in extraction lithium by several organic extractants” ،Chem. Phys. Lett. 733, p. 136668. 3. Masmoudi, A., Zante, G., Trébouet, D., Barillon, R. and Boltoeva, M., 2021; “Solvent extraction of lithium ions using benzoyltrifluoroacetone in new solvents” ،Separation and Purification Technology, 255, p.117653. 4. Froehlich, P., Lorenz, T., Martin, G., Brett, B. and Bertau, M., 2017. “Valuable metals—recovery processes, current trends, and recycling strategies” ،Angewandte Chemie International Edition, 56(10), pp.2544-2580. 5. Xiang, W., Liang, S., Zhou, Z., Qin, W. and Fei, W., 2016. “Extraction of lithium from salt lake brine containing borate anion and high concentration of magnesium” ،Hydrometallurgy, 166, pp.9-15. 6. Marinsky JA, Marcus Y. “Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances” ، Taylor & Francis; 1995. 7. Chitrakar, R., Makita, Y., Ooi, K. and Sonoda, A., 2014. “Lithium recovery from salt lake brine by H2 TiO3” ،Dalton Transactions, 43(23), pp.8933-8939. 8. N. Um, T. Hirato, “Precipitation behavior of Ca(OH)2, Mg(OH)2, and Mn(OH)2 from CaCl2, MgCl2, and MnCl2 in NaOH-H2O solutions and study of lithium recovery from seawater via two stage precipitation process” ،Hydrometallurgy 146 (2014) 142–148. 9. S. Nishihama, K. Onishi, K. Yoshizuka, 2011; “Selective recovery process of lithium from seawater using integrated ion exchange methods Solvent Extr” Ion Exch, 29, 421–431. 10. T. Takeuchi, 1980; “Extraction of lithium from sea water with metallic aluminum” ، J. Nucl. Sci. Technol. 17, p. 922–928. 11. Hong, H.J., Park, I.S., Ryu, T., Ryu, J., Kim, B.G. and Chung, K.S., 2013. “Granulation of Li1. 33Mn1. 67O4 (LMO) through the use of cross-linked chitosan for the effective recovery of Li+ from seawater” ، Chemical engineering journal, 234, pp.16-22. 12. H. Park, N. Singhal, E.H. Jho., 2015; “Lithium sorption properties of HMnO in seawater and wastewater” ،Water Res, 87, 320–327. 13. S. Zandevakili, M. Ranjbar, M. Ehteshamzadeh, 2014; “Recovery of lithium from Urmia Lake by a nanostructure MnO2 ion sieve” ، Hydrometallurgy, 149, 148–152. 14. Xu, J., Pu, Z., Xu, X., Wang, Y., Yang, D., Zhang, T. and Qiu, F., 2019; “Simultaneous adsorption of Li (I) and Rb (I) by dual crown ethers modified magnetic ion imprinting polymers. Applied Organometallic Chemistry” ، 33(3), p.e4778. 15. Luo, X., Guo, B., Luo, J., Deng, F., Zhang, S., Luo, S. and Crittenden, J., 2015; “Recovery of lithium from wastewater using development of Li ion-imprinted polymers” ،ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 3(3), pp.460-467. 16. Yi, D., Xiao, L., Wang, B., Tian, Z., Zhu, B. and Yu, H., Tibet Jin Hao Investment Co Ltd, 2018; “Method for quickly extracting lithium carbonate from saline lake water” ،U.S. Patent 9,932,241. 17. Froehlich, P., Lorenz, T., Martin, G., Brett, B. and Bertau, M., 2017; “Valuable metals—recovery processes, current trends, and recycling strategies” ، Angewandte Chemie International Edition, 56(10), pp.2544-2580. 18. L. Liu, H. Zhang, D. Cao, 2015; “Lithium extraction from seawater by manganese oxide ion sieve MnO2_0.5H2O, Colloids Surf” ،A: Physicochem. Eng. Aspects, 468, 280–284. 19. Yazid, N.A. and Joon, Y.C., 2019, July. Co-precipitation synthesis of magnetic nanoparticles for efficient removal of heavy metal from synthetic wastewater. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2124, No. 1, p. 020019). AIP Publishing LLC. 20. Tai, M.F., Lai, C.W. and Abdul Hamid, S.B., 2016. Facile synthesis polyethylene glycol coated magnetite nanoparticles for high colloidal stability. Journal of Nanomaterials, 2016. 21. Sakka, S. and Kozuka, H. eds., 2005; “Handbook of sol-gel science and technology. 1. Sol-gel processing (Vol. 1)” ، Springer Science & Business Media. 22. Hamzaoui, A.H., M'nif, A., Hammi, H. and Rokbani, R., 2003. Contribution to the lithium recovery from brine. Desalination, 158(1-3), pp.221-224. 23. Paredes, C. and de San Miguel, E.R., 2020; “Selective lithium extraction and concentration from diluted alkaline aqueous media by a polymer inclusion membrane and application to seawater” ، Desalination, 487, p.114500. 24. Darezereshki, E., Ranjbar, M. and Bakhtiari, F., 2010. One-step synthesis of maghemite (γ-Fe2O3) nano-particles by wet chemical method. Journal of Alloys and Compounds, 502(1), pp.257-260. 25. Darezereshki, E., Bakhtiari, F., Alizadeh, M. and Ranjbar, M., 2012. Direct thermal decomposition synthesis and characterization of hematite (α-Fe2O3) nanoparticles. Materials Science in Semiconductor Processing, 15(1), pp.91-97. 26. Kuzminska, M., Carlier, N., Backov, R. and Gaigneaux, E.M., 2015. Magnetic nanoparticles: improving chemical stability via silica coating and organic grafting with silanes for acidic media catalytic reactions. Applied Catalysis A: General, 505, pp.200-212. 27. Wilson, A.M., Bailey, P.J., Tasker, P.A., Turkington, J.R., Grant, R.A. and Love, J.B., 2014; “Solvent extraction: the coordination chemistry behind extractive metallurgy” ، Chemical Society Reviews, 43(1), pp.123-134. 28. آقا بزرگ، ح.، 1387، «مبانی شیمی معدنی». تهران: جهاد دانشگاهی (دانشگاه تربیت معلم)