功能分離材料在海水化學(xué)資源利用中的應(yīng)用

仲 惟

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南三門峽 472000）

進(jìn)入到21世紀(jì)之后，人們面臨的最主要的問題就是資源的問題。我國陸地礦產(chǎn)資源的3/4不能滿足實際開發(fā)的需求。其中，國內(nèi)農(nóng)業(yè)必需的鉀礦儲量也僅占全球的2.2%左右，資源的保障度相對較低，這直接影響著國家的糧食安全，也影響了國家在發(fā)展過程當(dāng)中的各種發(fā)展戰(zhàn)略實施。除此之外，鋰元素涉及國防安全的新型能源材料的制作，它在陸地上儲量相對較低，也不能滿足我國在新能源產(chǎn)業(yè)方面的發(fā)展需求。而海洋是化學(xué)礦產(chǎn)資源的寶庫，目前我們已經(jīng)在海水當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了80多種元素，這些元素都具有非常大的經(jīng)濟(jì)元素價值。但是這些元素都是以離子分子以及化合物的形式溶解在海水中，所以從整體的情況來看，提取的難度相對較高。

1 海水化學(xué)資源種類及含量

現(xiàn)在陸地上的礦產(chǎn)資源總儲量已經(jīng)基本探測完成，我國礦產(chǎn)資源與其他國家相比含量相對較低，特別是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作當(dāng)中所需要的鉀元素及鋰元素等，如果無法得到保障，那么我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動將無法得到有效的滿足。海水中鉀元素的含量相對較多，幾乎是陸地上鉀元素的5萬倍左右，其他的資源同樣也是陸地資源的千百萬倍。所以我國相關(guān)管理部門針對海水資源開采的內(nèi)容，給予了充分的關(guān)注，并希望能夠通過提高海水資源開采效率的方式緩解我國資源危機(jī)。海水當(dāng)中具有經(jīng)濟(jì)價值的資源儲存量較為豐富，不同類型的元素儲存量也比較多，其具體儲存量的情況如表1所示。

表1 海水中有經(jīng)濟(jì)價值的資源存儲量

海洋當(dāng)中含有的豐富資源，對于人類的發(fā)展而言可以產(chǎn)生決定性的作用。只要能夠?qū)⒑Ｋ?dāng)中的資源進(jìn)行充分的開發(fā)以及利用，那么很多行業(yè)在進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)工作時，就不需要為資源缺乏的問題而擔(dān)心。但是以現(xiàn)在擁有的科學(xué)技術(shù)水平來說，很難將這些元素完整地分離并提取，這需要投入大量的資金和設(shè)備。

2 功能分離材料在海水中化學(xué)資源利用中的應(yīng)用

2.1 離子篩

離子篩的海水化學(xué)資源分離工作最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，多年以來，經(jīng)過各國科學(xué)家的深入研究獲得了較為明顯的成果。從其使用原理的角度進(jìn)行分析，離子篩其實就是對無機(jī)離子交換劑的化學(xué)組成晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行人為干預(yù)的一種過程。使用不同的方式進(jìn)行人為干預(yù)，最終就能獲得的某種特殊的結(jié)果。使用離子篩進(jìn)行海水化學(xué)資源的開發(fā)工作具備科學(xué)合理的特點(diǎn)，而且還能夠達(dá)到環(huán)境保護(hù)資源提取效率高的作用。在針對離子篩進(jìn)行相關(guān)的分析工作時，分別從鉀離子篩、鋰離子篩這兩個角度進(jìn)行分析。

2.1.1 鉀離子篩

從鉀離子篩的角度進(jìn)行分析，海水當(dāng)中的鉀元素儲量達(dá)到5 500 000億t，是目前為止全球已經(jīng)查到的鉀礦總量的5 000倍左右。如果能夠?qū)Ｋ?dāng)中的價值進(jìn)行開發(fā)，那么這些豐富的鉀資源就能夠很好地解決人們在日常生活以及生產(chǎn)工作當(dāng)中的實際需求，同時他也是解決我國陸地鉀資源短缺的有效途徑之一。

使用鉀離子篩在海水當(dāng)中提取鉀元素，是以海水和鹵水作為基礎(chǔ)，對天然沸石礦物以及改性產(chǎn)物人工合成的化合物進(jìn)行提取。它需要以天然礦物質(zhì)的鉀離子篩作為基礎(chǔ)，對改性天然斜發(fā)沸石進(jìn)行人工合成。現(xiàn)有的鉀離子篩方法也就是改性方法，可以分為物理改性、化學(xué)改性以及物理化學(xué)改性等多種方案。其實斜發(fā)沸石的結(jié)構(gòu)具有較為優(yōu)越的離子篩性質(zhì)以及優(yōu)越的交換動力學(xué)性質(zhì)，它的海水和濃海水比例較為突出，而且鉀元素也具有一定的選擇性，所以在進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的過程當(dāng)中，必須經(jīng)過改性處理，才可以滿足人們的實際需求。

2.1.2 鋰離子篩

從鋰離子篩的角度進(jìn)行分析，鋰元素以及鋰化合物本身就具有獨(dú)特的優(yōu)良性能，它可以用于玻璃、潤滑劑、陶瓷制冷劑制藥、化學(xué)藥劑等多個行業(yè)當(dāng)中。特別是在最近這幾年，各種新型能源材料的出現(xiàn)，使得鋰元素的使用范圍不斷地拓寬。目前電動車電池就是使用鋰元素進(jìn)行制造的。鋰元素甚至被稱為21世紀(jì)新能源材料。海水當(dāng)中的鋰資源儲量非常豐富，大約為2 600億t，是目前陸地鋰資源總量的1萬倍左右。但是海水當(dāng)中鋰元素的濃度相對較低，其提取難度非常大。日本、美國等發(fā)達(dá)國家針對海水提取鋰元素，已經(jīng)進(jìn)行了多年的研究，而就目前為止，鋰離子篩是最有前途的一種提取方案之一。目前人們在針對鋰離子篩進(jìn)行研究時，將研究的重點(diǎn)放在單斜晶系、酸尖晶石型態(tài)化物，以及錳氧化物上。使用這些化學(xué)物品進(jìn)行鋰元素的提取工作，經(jīng)過一部分化學(xué)反應(yīng)之后就可以抽出鋰離子，而鋰離子本身就具有較高的選擇性，特別是熱地水上的鋰離子，在利用鋰離子篩進(jìn)行提取工作時，能夠表現(xiàn)出較好的提取效果。國內(nèi)針對鋰離子篩的研究起步時間相對較晚，但是進(jìn)展較為顯著，目前研究的重點(diǎn)內(nèi)容放在合成方法摻雜改性、酸洗制離子篩等多項工作方面。

2.2 離子交換膜

離子交換膜法是一種十分特殊的離子基團(tuán)高分子膜，使用其進(jìn)行海水的離子提取工作，能夠選擇透過海水當(dāng)中的離子，同時也能夠?qū)Ｋ馁Y源進(jìn)行有效的采集。從功能的角度分析，將離子交換膜進(jìn)行分類處理，可以將其分為陽離子交換膜、陰離子交換膜、聚電解質(zhì)復(fù)合膜等。從制造工藝的角度進(jìn)行分析，也可以將離子交換膜分成意向離子、交換膜均向離子交換膜、半均相離子交換膜。不管選擇哪種類型的離子交換膜，再進(jìn)行實際的海水資源開發(fā)，過程當(dāng)中都具有較為明顯的特點(diǎn)，但是選擇不同類型的提取元素，那么在使用的離子交換膜方面也存在較為明顯的差異，需要根據(jù)具體的離子提取方案，選擇合適的離子交換膜。

從鹽提取的角度進(jìn)行分析，離子交換膜就能夠獲得較好的自然效果，而且它還可以用于海水淡化工作中。與傳統(tǒng)的砂巖工藝相比，離子交換膜的產(chǎn)品生產(chǎn)效率相對較高，生產(chǎn)質(zhì)量較好，而且占地面積比較小，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)的目的，可以在很大一定程度上省掉了人工成本以及設(shè)備成本。我國早在20世紀(jì)50年代就針對離子交換膜進(jìn)行了深入的研究，雖然直至目前為止與發(fā)達(dá)國家也存在較為明顯的差距。但是從離子交換膜的研究趨勢以及研究方向來看，它的應(yīng)用效率以及應(yīng)用質(zhì)量已經(jīng)得到了明顯的提升。

2.3 吸附法

鋰元素和鈾元素在我國陸地上的資源儲存量并不是非常的豐富，但是這兩種元素以及物質(zhì)的重要性非常明顯，它是新型材料以及資源開發(fā)工作當(dāng)中的重要組成部分。同時也是核反應(yīng)過程必需的材料。如果鈾元素的產(chǎn)量降低，那么我國核電站的生產(chǎn)效率也會受到消極的影響，為了保證我國經(jīng)濟(jì)健康以及國防的安全，必須要加大鈾元素的提取，重點(diǎn)針對海水提取業(yè)務(wù)進(jìn)行深入的研究。吸附法是用于海水提取鈾元素常用的一種方法，它需要經(jīng)過吸附、脫附、濃縮、分離這4個不同的步驟。而這些步驟的效率最重要的因素就是高性能的吸附劑。也就是說要想整體提高海水當(dāng)中鈾元素的提取效率，就需要找到具有高吸附率、大吸附量和價格適中的吸附劑。

3 結(jié)束語

通過上文的分析，初步了解到海水當(dāng)中具備大量的化學(xué)資源，而這些化學(xué)資源溶解在海水當(dāng)中，要想有效地提取這些資源并推動各行業(yè)的發(fā)展，那么就需要運(yùn)用各種方法對這些元素進(jìn)行分離以及采集。面對目前資源危機(jī)的狀況，我國需要加大力度研究海水資源的開發(fā)工作，并且整體提高開發(fā)的效率，從多個角度出發(fā)，優(yōu)化目前的開發(fā)工藝，研制出新的開發(fā)功能，才可以促進(jìn)各行業(yè)的快速發(fā)展。