Towards sustainable Lithium Recovery from Aqueous Solutions Using Membrane and Liquid-Liquid Extraction Technologies

Die Nanofiltration ist ein vielversprechender Trennprozess für die wichtige Trennung der chemisch ähnlichen Ionen Mg2+/ Li+, bei dem hohe Trennfaktoren ohne den Einsatz zusätzlicher Chemikalien und mit Energieeinsparungen erreicht werden können. Allerdings sind Modelle für die Nanofiltration noch nicht weit verbreitet. An dieser Stelle könnten phänomenologische Modelle mit wenigen experimentell bestimmten Parametern in Zukunft einen wichtigen Beitrag leisten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde hierfür ein Membranscreening durchgeführt, um eine geeignete Membran zu identifizieren, für die eine Entscheidung in Bezug auf Permeatfluss und Trennverhalten getroffen wurde. Zu diesem Zweck wurde ein Laboraufbau entwickelt, der zuverlässige Ergebnisse aus experimentellen Membranversuchen liefert. Das Trennverhalten der vielversprechendsten Membran wurde mit Hilfe eines geeigneten Modells für die Nanofiltration modelliert. Durch die Beschreibung des Trennverhaltens der Membran mit dem Modell war es nun möglich, optimale Betriebspunkte für mehrstufige Nanofiltrations-Prozesse zu identifizieren, wobei die Auswirkungen von Druckverlust und Konzentrationsänderungen im Membranmodul berücksichtigt wurden. In der ebenso vielversprechenden Flüssig-Flüssig-Extraktion können mit ionischen Flüssigkeiten und Tributlyphosphat hohe Extraktionsleistungen für Li+ aus wässrigen Quellen erzielt werden. Die bisher noch nicht untersuchten ionischen Flüssigkeiten auf Basis von Tetracyanoborat-Anionen zeigten vielversprechende Ergebnisse. Der Einfluss der Li+-Konzentration, der Zusammensetzung des Extraktionsmittels und des Phasenverhältnisses auf die Extraktion wurde untersucht. Der experimentelle Aufwand und die Komplexität, die mit der Entwicklung eines optimalen Extraktionsprozesses verbunden sind, können durch thermodynamische Modellierung erheblich reduziert werden. Zu diesem Zweck wurde ePC-SAFT zum ersten Mal zur Beschreibung und Vorhersage des Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht verwendet.