一些化學問題猶如永久的難題，其中全氟和多氟烷基物質（PFAS）更是臭名昭著的環境罪犯。這些化合物不僅在土壤中長期存在，還會污染飲用水，且以其難以分解而聞名。不過，來自萊斯大學的研究團隊，在化學家 James Tour 和研究員 Yi Cheng 的帶領下，找到了一種方法，將這些有毒物質轉化為高科技工具。在最新發佈的研究中，該過程利用廢棄的 PFAS 來從高鹽度鹵水中提取鋰，這是一個利用一種廢物流來解決另一種稀缺問題的經典案例。
研究的第一作者 Cheng 表示：「從鹵水中提取鋰相對於傳統採礦對環境的影響較小，但仍面臨選擇性、成本和水資源使用等挑戰。我們看到利用 PFAS 中鎖定的氟來快速、低影響地回收鋰的機會。」實驗中使用的閃爍焦耳加熱設備促進了加熱過程。
該過程首先使用了已耗盡的活性碳，這種材料通常用於過濾 PFAS，尤其是在消防泡沫和水中。當這些碳飽和後，通常會被視為危險廢物。然而，萊斯團隊將其視為氟的來源。在此過程中，飽和 PFAS 的碳與高鹽度鹵水混合，創造出一種獨特的反應環境，使得被困的氟陰離子能夠釋放出來並與鋰陽離子結合。這種廢物轉值的方法，將水處理的問題副產品轉化為電池供應鏈的重要原料。
Cheng 解釋道：「在鹵水中發現了有價值的陽離子鋰，使用的碳含有鎖在 PFAS 分子中的氟陰離子。我們想要釋放這些氟並將其與釋放出的鋰結合，以便收集生成的鹽，即氟化鋰。」為了釋放這些氟，團隊利用了閃爍焦耳加熱。他們用高能脈衝對混合物進行加熱，瞬間將溫度提升至超過 1,000°C（1,832°F）。這種強烈的熱量使得碳-氟鍵斷裂，一旦氟原子釋放出來，它們便會尋找新的夥伴，並在鹵水中的鋰中找到，形成氟化鋰。
提取鋰並製成鹽只是半場戰鬥。鹵水中混合著鈣、鎂和鉀等物質。為了從這個混合物中提取出「白金」，團隊再次啟動開關。通過將混合物加熱到 1,676°C（3,048°F）與 2,260°C（4,100°F）之間的特定範圍，他們能夠使氟化鋰氣化，同時將更重的雜質，如氟化鎂和氟化鈣，保持在固體狀態。這種快速的閃蒸過程捕獲了 99% 純度的鋰氣流，在幾秒鐘內實現了 82% 的回收率。
團隊甚至在實際的鋰離子電池中測試了最終產品。回收的氟化鋰被整合到標準的電池電解質中。廣泛的測試證實，這種回收材料提升了鋰離子電池的穩定性和性能，相較於傳統材料來說，表現更佳。
其他鋰提取方法並不具可持續性，通常涉及到在陽光下曬數月的巨型蒸發池，耗費數十億加侖的水，尤其是在乾旱地區。而萊斯的方法僅需幾分鐘，而非幾個月。此外，相比傳統的鹵水採礦，該方法使用的水和能源顯著減少。這種雙贏的方法不僅同時消除有害的 PFAS 化學物質，還產生出高品質的電池級鋰。研究結果已發佈在《Nature Water》期刊上。
