उपयोग-मूल्य यशस्वी
Rice University रसायनशास्त्रज्ञांनी एक अद्भुत प्रक्रिया प्रदर्शित केली आहे जी विषारी PFAS संयुगांना नष्ट करते आणि ब्राइनमधून बॅटरी-ग्रेड लिथियम एकाच टप्प्यात काढते, पर्यावरणातील दोन महत्त्वाचे आव्हान सोडवते। Nature Water मध्ये प्रकाशित हा संशोधन, धोकादायक कचरा व्यवस्थापन आणि लिथियम पुरवठा साखळी या दोन्ही क्षेत्रांचे रूपांतर करू शकतो।
रसायनज्ञ James Tour आणि संशोधक Yi Cheng यांच्या नेतृत्वाखाली असलेल्या टीमने एक पद्धती विकसित केली ज्यामध्ये संपूर्ण सक्रिय कार्बन — दूषित पाणी आणि अग्निशामक फेनामधून PFAS फिल्टर करण्यासाठी कार्यरत साहित्य — फ्लोरीन अणूंचा स्रोत म्हणून वापरला जातो। सामान्यतः, संतृप्त कार्बन क्षमता पूर्ण झाल्यानंतर धोकादायक कचरा म्हणून मानले जाते। Rice संशोधकांनी त्यास एक अप्रयुक्त संसाधन म्हणून पाहिले।
Flash Joule Heating कसे कार्य करते
प्रक्रिया Flash Joule Heating वर केंद्रित आहे, Tour च्या प्रयोगशाळेत अग्रणी एक तंत्र जो उच्च-ऊर्जा विद्युत नाडी साहित्यातून पाठवतो, मिलीसेकंदात 1,000 अंश सेल्सिअस पेक्षा जास्त तापमान चालवतो। जेव्हा PFAS-समृद्ध सक्रिय कार्बन उच्च-खारीत ब्राइनसह मिश्रित केला जातो आणि या नाडीला अधीन केला जातो, तीव्र उष्णता कुप्रसिद्ध मजबूत carbon-fluorine बंध तोडतो जे PFAS पर्यावरणात इतके कायम राहतात।
एकदा मुक्त झाल्यानंतर, मुक्त केलेले फ्लोरीन अणू ब्राइनमध्ये उपस्थित लिथियम cations सह बंधन करतात, लिथियम फ्लोराइड तयार करतात। संशोधकांनी नंतर 1,676 आणि 2,260 अंश सेल्सिअस दरम्यान तापमानात दुसरा flash heating टप्पा लागू केला, निवडक रीतीने लिथियम फ्लोराइड वाष्पीकृत करताना magnesium आणि calcium fluorides सारख्या जड अशुद्धता घन अवस्थामध्ये राहिल्या।
या द्रुत flash distillation ने 99 प्रतिशत शुद्धता 82 प्रतिशत पुनरुद्धार दरासह प्राप्त केली — परंपरागत बाष्पीकरण तळाव पद्धतींद्वारे आवश्यक महिन्यांऐवजी काही सेकंदात।
वास्तविक-जगतातील बॅटरी कार्यक्षमता प्रमाणित
टीमने पुनर्प्राप्त लिथियम फ्लोराइड मानक lithium-ion battery electrolytes मध्ये समाकलित करून प्रमाण संकल्पनेपलीकडे गेली। व्यापक परीक्षणांनी नोंदवले की या पुनर्नवीनीकरण साहित्याचा वापर करणार्या बॅटरी पारंपारिकपणे स्रोत केलेल्या लिथियम फ्लोराइड वापरणार्यांच्या स्थिरता आणि कार्यक्षमतेशी मिळेल किंवा ओलांडेल।
हा प्रमाण वाणिज्यिक स्वीकृतीसाठी महत्त्वपूर्ण आहे। बॅटरी निर्माता उच्च शुद्धता मानदंड पूर्ण करणार्या साहित्यांची आवश्यकता असते, आणि Rice प्रक्रिया पारंपारिक लिथियम खनिकरणवरील महत्त्वपूर्ण पर्यावरणीय फायद्यांसह त्यावर पुरेपूर पूरण करते।
एक वेळी दोन समस्या सोडवणे
ब्राइनमधून पारंपारिक लिथियम उत्खनन विशाल बाष्पीकरण तळाव समाविष्ट करते जे दक्षिण अमेरिका, ऑस्ट्रेलिया आणि चीनच्या बहुतेक वाळूंचे अरबांचे गॅलन पाणी वापरतात। प्रक्रिया 12 ते 18 महिने लागतात आणि केंद्रित कचरा प्रवाह मागे सोडतात। Rice पद्धती मिनिटांत कार्य करते महत्त्वपूर्ण कमी पाणी आणि ऊर्जा वापरीसह।
दरम्यान, PFAS दूषण जगभरातील हजारो समुदायांना प्रभावित करते। ये per- आणि polyfluoroalkyl पदार्थ नैसर्गिक विघटनास प्रतिरोध करतात आणि मातीत, भूजलात आणि जीवंत जीवांमध्ये जमा होतात। वर्तमान उपचार हजारो धोकादायक कचरा कार्बन तयार करते ज्याला incinerate किंवा landfill करावे लागते। त्या कचर्याला लिथियम उत्पादनासाठी feedstock मध्ये रूपांतरित करून, Rice प्रक्रिया आर्थिक मूल्य तयार करते जे पूर्वी विसर्जनाची दायित्व होती।
लिथियमचे जागतिक मांग electric vehicle संक्रमणासह वाढतच राहत आहे, आणि अमेरिका आणि युरोप भरात PFAS दूषणावरील नियामक दबाव गाढ होत आहे, ही dual-purpose पद्धती दोन्ही उद्योगांसाठी परिवर्तनकारी सिद्ध होऊ शकते।
स्केलिंग चुनौत्या पुढे
प्रयोगशाळा परिणाम वचनदायक असूनही, Flash Joule Heating औद्योगिक खंडांपर्यंत स्केल करणे अभियांत्रिकी आव्हान सादर करते। तंत्रास विद्युत नाडी आणि तापमान खिडकीचा अचूक नियंत्रण आवश्यक आहे, आणि PFAS-संतृप्त कार्बनची उपलब्धता पाणी उपचार प्रयत्नांच्या गतीवर अवलंबून आहे। तरीसुद्धा, संशोधकांचा विश्वास आहे की मूलभूत गोष्टी वाणिज्यिक विकासासाठी ध्वनी आहेत, आणि आर्थिक प्रोत्साहन — धोकादायक कचरा नष्ट करताना उच्च-मूल्य वस्तू उत्पादित करताना — अशा प्रकारे संरेखित करतात जे औद्योगिक भागीदारांना आकर्षित करू शकतात।
हा लेख Interesting Engineering द्वारे रिपोर्टिंगवर आधारित आहे। मूळ लेख वाचा.
