研究发现: 一种新的简单工艺从海水中提取有价值的镁化合物

镁盐是使用一种新颖的基于流动的技术从Sequim海水中提取的。

自史前时代以来，人们一直在使用来自海洋的盐，如食盐。虽然食盐是最容易获得的，但海水是其他矿物质的丰富供应者者，研究人员正在研究哪些可以从海洋中提取。镁是海洋中最丰富的矿物质之一，在陆地上变得越来越有用。

镁在可持续发展方面的用途越来越多，例如碳捕获、低碳水泥和潜在的下一代电池。这些用途重新唤起了人们对国内镁生产的兴趣。目前，盐湖盐水，其中一些受到干旱的威胁，在美国用于能源密集型过程以生产镁。美国能源部将此列入其最近发布的国内生产关键材料清单。

太平洋西北国家实验室（PNNL）和华盛顿大学（UW）的研究人员发现了一种从海水中分离纯镁盐（金属镁原料）的简单方法。他们的发现在最近发表在《环境科学与技术快报》杂志上的一篇论文中有详细说明。他们的创新方法在长长的流中并排流动两种解决方案。该技术称为层流共流方法，利用了由于拥流动而连续反应的边界。该系统永远不会达到平衡，因为总是引入新的解决方案。

此方法使用旧过程玩新技巧。在20世纪中叶，化学公司通过将海水与氢氧化钠（俗称碱液）混合，成功地从海水中制造出镁原料。由此产生的氢氧化镁盐，由此得名氧化镁的抗酸乳，然后被加工成金属镁。然而，该过程会产生镁盐和钙盐的复杂混合物，分离起来既困难又昂贵。最近的这项工作生产纯镁盐，从而实现更高效的加工。

“通常，人们通过开发更复杂的材料来推进分离研究，”PNNL化学家和UW材料科学与工程附属教授Chinmayee Subban说。“这项工作非常令人兴奋，因为我们采取了完全不同的方法。我们找到了一个简单的有效过程。当规模化时，这一过程可以通过产生初级原料来帮助推动美国镁生产的复兴。我们被一个巨大的、蓝色的、未开发的资源所包围。

从水到固体盐

Subban和团队使用PNNL-Sequim校园的海水测试了他们的新方法，使研究人员能够利用华盛顿州的PNNL设施。

“作为海岸科学的工作人员，我刚刚打电话给我们Sequim化学团队的一名成员，并要求提供海水样本，”Subban说。“第二天，我们把一个冷却器送到了我们在西雅图的实验室。在里面，我们发现了冰袋和一瓶冰镇的Sequim海水。这项工作代表了PNNL的Richland，Seattle和Sequim校区可能发生的合作。

在层流共流方法中，研究人员将海水与氢氧化物溶液一起流动。含镁的海水迅速反应形成一层固体氢氧化镁。该薄层是溶液混合的屏障。

“流动过程产生的结果与简单的溶液混合截然不同，”PNNL博士后研究员Qingpu Wang说。“最初的固体氢氧化镁屏障可防止钙与氢氧化物相互作用。我们可以选择性地生产纯固体氢氧化镁，而无需额外的纯化步骤。

这个过程的选择性使其特别强大。产生纯氢氧化镁，没有任何钙污染，使研究人员可以跳过能源密集型和昂贵的纯化步骤。

未来的可持续性

新的温和工艺有可能具有高度可持续性的潜力。例如，用于提取镁盐的氢氧化钠可以使用海水和海洋可再生能源在现场生成。去除镁是海水淡化的必要预处理。将新工艺与现有技术相结合可以使将海水转化为淡水变得更容易、更便宜。

该团队对该过程的未来感到特别兴奋。他们的工作是用于选择性分离的层流共流方法的首次演示。这种新方法还有许多其他潜在的应用，但需要做更多的工作来了解该过程的潜在化学性质。知识差距为蓝色经济提供了新的可能性和研究方向。

“我们希望将这项工作从经验转变为预测，”PNNL材料科学家Elias Nakouzi说。“有一个令人兴奋的机会，可以对这一过程的运作方式有一个基本的了解，同时将其应用于重要问题，如创造新的能源材料和实现难以分离的离子的选择性分离，用于水处理和资源回收。