Desde os tempos antigos, os humanos extraíam sais, como o sal de mesa, do oceano. Embora o sal de mesa seja o mais fácil de obter, a água do mar é uma rica fonte de diferentes minerais, e os pesquisadores estão explorando quais podem extrair do oceano. Um desses minerais, o magnésio, é abundante no mar e cada vez mais útil em terra.
O magnésio tem aplicações emergentes relacionadas à sustentabilidade, inclusive na captura de carbono, cimento de baixo carbono e potenciais baterias de próxima geração. Essas aplicações estão trazendo uma atenção renovada para a produção doméstica de magnésio. Atualmente, o magnésio é obtido nos Estados Unidos através de um processo intensivo de energia a partir de salmouras de lagos salgados, algumas das quais estão em perigo devido às secas. O Departamento de Energia incluiu o magnésio em sua lista recentemente divulgada de materiais críticos para a produção doméstica.

Um artigo publicado em Environmental Science &Technology Letters mostra como pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) e da Universidade de Washington (UW) descobriram uma maneira simples de isolar um sal de magnésio puro, uma matéria-prima para o metal magnésio, da água do mar. Seu novo método flui duas soluções lado a lado em um longo fluxo. Chamado de método de cofluxo laminar, o processo aproveita o fato de que as soluções em fluxo criam um limite de reação constante. Novas soluções fluem, nunca permitindo que o sistema atinja um equilíbrio.

Este método joga um novo truque com um processo antigo. Em meados de 20 ^th No século XX, as empresas químicas criaram com sucesso matéria-prima de magnésio a partir da água do mar, misturando-a com hidróxido de sódio, comumente conhecido como soda cáustica. O sal de hidróxido de magnésio resultante, que dá nome ao leite antiácido de magnésia, foi então processado para produzir magnésio metálico. No entanto, o processo resulta em uma mistura complexa de sais de magnésio e cálcio, que são difíceis e caros de separar. Este trabalho recente produz sal de magnésio puro, permitindo um processamento mais eficiente.

"Normalmente, as pessoas avançam na pesquisa de separações desenvolvendo materiais mais complicados", disse Chinmayee Subban, químico do PNNL e professor afiliado da UW de Ciência e Engenharia de Materiais. "Este trabalho é tão empolgante porque estamos adotando uma abordagem completamente diferente. Encontramos um processo simples que funciona. Quando dimensionado, esse processo pode ajudar a impulsionar o renascimento da produção de magnésio nos EUA gerando matéria-prima primária. Estamos cercados por uma enorme , azul, recurso inexplorado."

Da água Sequim ao sal sólido

Subban e a equipe testaram seu novo método usando água do mar do campus PNNL-Sequim, permitindo que os pesquisadores aproveitassem as instalações do PNNL em todo o estado de Washington.

“Como membro da equipe da Coastal Sciences, acabei de chamar um membro da nossa equipe de química da Sequim e solicitei uma amostra de água do mar”, disse Subban. "No dia seguinte, um refrigerador foi entregue em nosso laboratório em Seattle. Lá dentro, encontramos bolsas frias e uma garrafa de água do mar Sequim gelada." Este trabalho representa a colaboração que pode acontecer nos campi Richland, Seattle e Sequim do PNNL.

No método de cofluxo laminar, os pesquisadores fluem água do mar ao lado de uma solução com hidróxido. A água do mar contendo magnésio reage rapidamente para formar uma camada de hidróxido de magnésio sólido. Esta fina camada atua como uma barreira para a mistura da solução.

"O processo de fluxo produz resultados dramaticamente diferentes do que a simples mistura de soluções", disse o pesquisador de pós-doutorado do PNNL Qingpu Wang. "A barreira inicial de hidróxido de magnésio sólido impede que o cálcio interaja com o hidróxido. Podemos produzir seletivamente hidróxido de magnésio sólido puro sem a necessidade de etapas adicionais de purificação."

A seletividade desse processo o torna particularmente poderoso. A geração de hidróxido de magnésio puro, sem qualquer contaminação por cálcio, permite que os pesquisadores ignorem as etapas de purificação que consomem muita energia e são caras.

Sustentabilidade para o futuro

O novo e suave processo tem potencial para ser altamente sustentável. Por exemplo, o hidróxido de sódio usado para extrair o sal de magnésio pode ser gerado no local usando água do mar e energia marinha renovável. A remoção do magnésio é um pré-tratamento necessário para a dessalinização da água do mar. Acoplar o novo processo com as tecnologias existentes pode tornar mais fácil e barato transformar água do mar em água doce.

A equipe está particularmente empolgada com o futuro do processo. Seu trabalho é a primeira demonstração do método de cofluxo laminar para separações seletivas. Esta nova abordagem tem muitas aplicações potenciais adicionais, mas mais trabalho precisa ser feito para entender a química subjacente do processo. A lacuna de conhecimento oferece novas possibilidades e direções de pesquisa para impulsionar a economia azul.

"Queremos levar este trabalho do empírico para o preditivo", disse o cientista de materiais do PNNL Elias Nakouzi. "Existe uma excelente oportunidade para desenvolver uma compreensão fundamental de como esse processo funciona ao aplicá-lo a problemas importantes, como a criação de novos materiais de energia e a separação seletiva de íons difíceis de separar para tratamento de água e recuperação de recursos". + Explorar mais

Extraindo sulfato de magnésio de alta qualidade da salmoura de dessalinização da água do mar