莱斯大学科学家将有毒PFAS转化为电池级锂

废物到价值的突破

莱斯大学化学家展示了一个显著的过程，该过程同时摧毁有毒PFAS化合物并从盐卤中提取电池级锂，在单一步骤中解决两个最紧迫的环保挑战。该研究发表在《Nature Water》上，可能会重塑危险废物修复和锂供应链。

由化学家James Tour和研究员Yi Cheng领导的团队开发了一种方法，使用已饱和的活性炭——用于从受污染的水和消防泡沫中过滤PFAS的材料——作为氟原子的来源。通常，这种饱和碳一旦达到容量就被视为危险废物。莱斯研究人员将其视为未开发的资源。

Flash Joule Heating如何使其运行

该过程以Flash Joule Heating为中心，这是Tour实验室开发的技术，通过材料发送高能电脉冲，在毫秒内将温度驱动到1,000摄氏度以上。当PFAS负载的活性炭与高盐度盐卤混合并经历这些脉冲时，强烈的热量会断裂臭名昭著的强碳-氟键，这使PFAS在环境中如此持久。

一旦释放，自由的氟原子与盐卤中存在的锂离子结合，形成氟化锂。然后研究人员在1,676至2,260摄氏度之间应用第二个闪加热步骤，选择性地蒸发氟化锂，而较重的杂质如氟化镁和氟化钙保留在固体阶段。

这种快速闪蒸馏在几秒钟内实现了显著的99%纯度和82%回收率——而不是传统蒸发池所需的数月。

真实电池性能验证

该团队通过将回收的氟化锂整合到标准锂离子电池电解质中，超越了概念验证。广泛的测试证实，使用这种回收材料的电池与使用常规采购的氟化锂的电池相当或超过稳定性和性能。

这种验证对商业采用至关重要。电池制造商需要满足苛刻纯度标准的材料，而莱斯工艺在提供重大环保优势的同时，在这方面交付了传统锂采矿的替代品。

一次解决两个问题

从盐卤中提取传统锂涉及巨大的蒸发池，消耗数十亿加仑水，通常在南美洲、澳大利亚和中国的干旱地区。该过程需要12至18个月，留下浓缩的废液。莱斯方法在几分钟内运行，用水和能源消耗显著降低。

同时，PFAS污染影响全球数千个社区。这些全氟和多氟烷基物质抵抗自然分解，在土壤、地下水和生物体中积累。当前修复产生数吨必须焚烧或填埋的危险废物碳。通过将该废物转化为锂生产的原料，莱斯工艺从以前的处置责任中创造经济价值。

随着全球锂需求继续随电动车辆转变而激增，美国和欧洲的PFAS污染监管压力加强，这种双目的方法可能对两个行业都产生变革性影响。

扩展挑战在前

虽然实验室结果很有希望，但将Flash Joule Heating扩展到工业规模存在工程挑战。该技术需要精确控制电脉冲和温度窗口，而PFAS饱和碳的可用性取决于水修复工作的步伐。尽管如此，研究人员相信基础对商业开发是合理的，而经济激励——摧毁危险废物同时生产高价值商品——以能吸引工业合作伙伴的方式对齐。

本文基于Interesting Engineering的报道。阅读原文。