功能分离材料在海水化学资源利用中的应用

仲 惟

（三门峡职业技术学院，河南三门峡 472000）

进入到21世纪之后，人们面临的最主要的问题就是资源的问题。我国陆地矿产资源的3/4不能满足实际开发的需求。其中，国内农业必需的钾矿储量也仅占全球的2.2%左右，资源的保障度相对较低，这直接影响着国家的粮食安全，也影响了国家在发展过程当中的各种发展战略实施。除此之外，锂元素涉及国防安全的新型能源材料的制作，它在陆地上储量相对较低，也不能满足我国在新能源产业方面的发展需求。而海洋是化学矿产资源的宝库，目前我们已经在海水当中发现了80多种元素，这些元素都具有非常大的经济元素价值。但是这些元素都是以离子分子以及化合物的形式溶解在海水中，所以从整体的情况来看，提取的难度相对较高。

1 海水化学资源种类及含量

现在陆地上的矿产资源总储量已经基本探测完成，我国矿产资源与其他国家相比含量相对较低，特别是在农业生产工作当中所需要的钾元素及锂元素等，如果无法得到保障，那么我国的农业生产活动将无法得到有效的满足。海水中钾元素的含量相对较多，几乎是陆地上钾元素的5万倍左右，其他的资源同样也是陆地资源的千百万倍。所以我国相关管理部门针对海水资源开采的内容，给予了充分的关注，并希望能够通过提高海水资源开采效率的方式缓解我国资源危机。海水当中具有经济价值的资源储存量较为丰富，不同类型的元素储存量也比较多，其具体储存量的情况如表1所示。

表1 海水中有经济价值的资源存储量

海洋当中含有的丰富资源，对于人类的发展而言可以产生决定性的作用。只要能够将海水当中的资源进行充分的开发以及利用，那么很多行业在进行产品生产工作时，就不需要为资源缺乏的问题而担心。但是以现在拥有的科学技术水平来说，很难将这些元素完整地分离并提取，这需要投入大量的资金和设备。

2 功能分离材料在海水中化学资源利用中的应用

2.1 离子筛

离子筛的海水化学资源分离工作最早出现在20世纪70年代，多年以来，经过各国科学家的深入研究获得了较为明显的成果。从其使用原理的角度进行分析，离子筛其实就是对无机离子交换剂的化学组成晶体结构进行人为干预的一种过程。使用不同的方式进行人为干预，最终就能获得的某种特殊的结果。使用离子筛进行海水化学资源的开发工作具备科学合理的特点，而且还能够达到环境保护资源提取效率高的作用。在针对离子筛进行相关的分析工作时，分别从钾离子筛、锂离子筛这两个角度进行分析。

2.1.1 钾离子筛

从钾离子筛的角度进行分析，海水当中的钾元素储量达到5 500 000亿t，是目前为止全球已经查到的钾矿总量的5 000倍左右。如果能够对海水当中的价值进行开发，那么这些丰富的钾资源就能够很好地解决人们在日常生活以及生产工作当中的实际需求，同时他也是解决我国陆地钾资源短缺的有效途径之一。

使用钾离子筛在海水当中提取钾元素，是以海水和卤水作为基础，对天然沸石矿物以及改性产物人工合成的化合物进行提取。它需要以天然矿物质的钾离子筛作为基础，对改性天然斜发沸石进行人工合成。现有的钾离子筛方法也就是改性方法，可以分为物理改性、化学改性以及物理化学改性等多种方案。其实斜发沸石的结构具有较为优越的离子筛性质以及优越的交换动力学性质，它的海水和浓海水比例较为突出，而且钾元素也具有一定的选择性，所以在进行产品开发的过程当中，必须经过改性处理，才可以满足人们的实际需求。

2.1.2 锂离子筛

从锂离子筛的角度进行分析，锂元素以及锂化合物本身就具有独特的优良性能，它可以用于玻璃、润滑剂、陶瓷制冷剂制药、化学药剂等多个行业当中。特别是在最近这几年，各种新型能源材料的出现，使得锂元素的使用范围不断地拓宽。目前电动车电池就是使用锂元素进行制造的。锂元素甚至被称为21世纪新能源材料。海水当中的锂资源储量非常丰富，大约为2 600亿t，是目前陆地锂资源总量的1万倍左右。但是海水当中锂元素的浓度相对较低，其提取难度非常大。日本、美国等发达国家针对海水提取锂元素，已经进行了多年的研究，而就目前为止，锂离子筛是最有前途的一种提取方案之一。目前人们在针对锂离子筛进行研究时，将研究的重点放在单斜晶系、酸尖晶石型态化物，以及锰氧化物上。使用这些化学物品进行锂元素的提取工作，经过一部分化学反应之后就可以抽出锂离子，而锂离子本身就具有较高的选择性，特别是热地水上的锂离子，在利用锂离子筛进行提取工作时，能够表现出较好的提取效果。国内针对锂离子筛的研究起步时间相对较晚，但是进展较为显著，目前研究的重点内容放在合成方法掺杂改性、酸洗制离子筛等多项工作方面。

2.2 离子交换膜

离子交换膜法是一种十分特殊的离子基团高分子膜，使用其进行海水的离子提取工作，能够选择透过海水当中的离子，同时也能够对海水的资源进行有效的采集。从功能的角度分析，将离子交换膜进行分类处理，可以将其分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、聚电解质复合膜等。从制造工艺的角度进行分析，也可以将离子交换膜分成意向离子、交换膜均向离子交换膜、半均相离子交换膜。不管选择哪种类型的离子交换膜，再进行实际的海水资源开发，过程当中都具有较为明显的特点，但是选择不同类型的提取元素，那么在使用的离子交换膜方面也存在较为明显的差异，需要根据具体的离子提取方案，选择合适的离子交换膜。

从盐提取的角度进行分析，离子交换膜就能够获得较好的自然效果，而且它还可以用于海水淡化工作中。与传统的砂岩工艺相比，离子交换膜的产品生产效率相对较高，生产质量较好，而且占地面积比较小，能够实现自动化生产的目的，可以在很大一定程度上省掉了人工成本以及设备成本。我国早在20世纪50年代就针对离子交换膜进行了深入的研究，虽然直至目前为止与发达国家也存在较为明显的差距。但是从离子交换膜的研究趋势以及研究方向来看，它的应用效率以及应用质量已经得到了明显的提升。

2.3 吸附法

锂元素和铀元素在我国陆地上的资源储存量并不是非常的丰富，但是这两种元素以及物质的重要性非常明显，它是新型材料以及资源开发工作当中的重要组成部分。同时也是核反应过程必需的材料。如果铀元素的产量降低，那么我国核电站的生产效率也会受到消极的影响，为了保证我国经济健康以及国防的安全，必须要加大铀元素的提取，重点针对海水提取业务进行深入的研究。吸附法是用于海水提取铀元素常用的一种方法，它需要经过吸附、脱附、浓缩、分离这4个不同的步骤。而这些步骤的效率最重要的因素就是高性能的吸附剂。也就是说要想整体提高海水当中铀元素的提取效率，就需要找到具有高吸附率、大吸附量和价格适中的吸附剂。

3 结束语

通过上文的分析，初步了解到海水当中具备大量的化学资源，而这些化学资源溶解在海水当中，要想有效地提取这些资源并推动各行业的发展，那么就需要运用各种方法对这些元素进行分离以及采集。面对目前资源危机的状况，我国需要加大力度研究海水资源的开发工作，并且整体提高开发的效率，从多个角度出发，优化目前的开发工艺，研制出新的开发功能，才可以促进各行业的快速发展。