Depuis l'Antiquité, les humains ont extrait des sels, comme le sel de table, de l'océan. Alors que le sel de table est le plus facile à obtenir, l'eau de mer est une riche source de différents minéraux, et les chercheurs explorent ceux qu'ils peuvent extraire de l'océan. L'un de ces minéraux, le magnésium, est abondant dans la mer et de plus en plus utile sur terre.

Le magnésium a des applications émergentes liées à la durabilité, notamment dans la capture du carbone, le ciment à faible émission de carbone et les batteries potentielles de nouvelle génération. Ces applications attirent de nouveau l'attention sur la production nationale de magnésium. Actuellement, le magnésium est obtenu aux États-Unis par un processus énergivore à partir de saumures de lac salé, dont certaines sont en danger en raison des sécheresses. Le ministère de l'Énergie a inclus le magnésium dans sa liste récemment publiée de matériaux critiques pour la production nationale.

Un article publié dans Environmental Science &Technology Letters montre comment des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) et de l'Université de Washington (UW) ont trouvé un moyen simple d'isoler un sel de magnésium pur, une matière première pour le magnésium métallique, de l'eau de mer. Leur nouvelle méthode fait circuler deux solutions côte à côte dans un long flux. Appelée méthode de co-écoulement laminaire, le processus tire parti du fait que les solutions fluides créent une frontière qui réagit constamment. De nouvelles solutions affluent, ne permettant jamais au système d'atteindre un équilibre.

Cette méthode joue un nouveau tour avec un ancien processus. Au milieu du 20 ^ème siècle, les entreprises chimiques ont réussi à créer une matière première de magnésium à partir d'eau de mer en la mélangeant avec de l'hydroxyde de sodium, communément appelé lessive. Le sel d'hydroxyde de magnésium résultant, qui donne son nom au lait antiacide de magnésie, a ensuite été traité pour fabriquer du magnésium métallique. Cependant, le procédé aboutit à un mélange complexe de sels de magnésium et de calcium, qui sont difficiles et coûteux à séparer. Ce travail récent produit du sel de magnésium pur, permettant un traitement plus efficace.

"Normalement, les gens font avancer la recherche sur les séparations en développant des matériaux plus compliqués", a déclaré Chinmayee Subban, chimiste du PNNL et professeur affilié à l'UW en science et ingénierie des matériaux. "Ce travail est tellement excitant parce que nous adoptons une approche complètement différente. Nous avons trouvé un processus simple qui fonctionne. Une fois mis à l'échelle, ce processus pourrait aider à stimuler la renaissance de la production de magnésium aux États-Unis en générant une matière première primaire. Nous sommes entourés d'un énorme , bleue, ressource inexploitée."

De l'eau Sequim au sel solide

Subban et l'équipe ont testé leur nouvelle méthode en utilisant de l'eau de mer du campus PNNL-Sequim, permettant aux chercheurs de profiter des installations du PNNL dans tout l'État de Washington.

"En tant que membre du personnel de Coastal Sciences, je viens d'appeler un membre de notre équipe de chimie Sequim et j'ai demandé un échantillon d'eau de mer", a déclaré Subban. "Le lendemain, nous avons fait livrer une glacière à notre laboratoire de Seattle. À l'intérieur, nous avons trouvé des compresses froides et une bouteille d'eau de mer Sequim réfrigérée." Ce travail représente la collaboration qui peut se produire sur les campus Richland, Seattle et Sequim de PNNL.

Dans la méthode de co-écoulement laminaire, les chercheurs font couler de l'eau de mer à côté d'une solution avec de l'hydroxyde. L'eau de mer contenant du magnésium réagit rapidement pour former une couche d'hydroxyde de magnésium solide. Cette fine couche agit comme une barrière au mélange de la solution.

"Le processus de flux produit des résultats radicalement différents du simple mélange de solutions", a déclaré Qingpu Wang, chercheur postdoctoral au PNNL. "La barrière initiale d'hydroxyde de magnésium solide empêche le calcium d'interagir avec l'hydroxyde. Nous pouvons produire sélectivement de l'hydroxyde de magnésium solide pur sans avoir besoin d'étapes de purification supplémentaires."

La sélectivité de ce procédé le rend particulièrement puissant. La génération d'hydroxyde de magnésium pur, sans aucune contamination par le calcium, permet aux chercheurs d'éviter les étapes de purification énergivores et coûteuses.

Durabilité pour l'avenir

Le nouveau processus doux a le potentiel d'être hautement durable. Par exemple, la soude utilisée pour extraire le sel de magnésium peut être générée sur place à partir d'eau de mer et d'énergies marines renouvelables. L'élimination du magnésium est un prétraitement nécessaire pour le dessalement de l'eau de mer. L'association du nouveau procédé aux technologies existantes pourrait rendre plus facile et moins coûteuse la transformation de l'eau de mer en eau douce.

L'équipe est particulièrement enthousiaste quant à l'avenir du procédé. Leur travail est la première démonstration de la méthode de co-écoulement laminaire pour les séparations sélectives. Cette nouvelle approche a de nombreuses applications potentielles supplémentaires, mais davantage de travail doit être fait pour comprendre la chimie sous-jacente du processus. Le déficit de connaissances offre de nouvelles possibilités et de nouvelles orientations de recherche pour alimenter l'économie bleue.

"Nous voulons faire passer ce travail de l'empirique au prédictif", a déclaré le scientifique des matériaux du PNNL, Elias Nakouzi. "Il existe une opportunité passionnante de développer une compréhension fondamentale du fonctionnement de ce processus tout en l'appliquant à des problèmes importants tels que la création de nouveaux matériaux énergétiques et la séparation sélective des ions difficiles à séparer pour le traitement de l'eau et la récupération des ressources." + Explorer plus loin

Extraire du sulfate de magnésium de haute qualité de la saumure de dessalement d'eau de mer