This study investigates the selective recovery of lithium (Li) from geothermal brines using a chitosan-coated lithium manganese oxide composite (CTS/LMO). Geothermal brines from Germencik and Tuzla in Türkiye, characterized by distinct physicochemical properties, were used to evaluate adsorption performance. The Freundlich isotherm provided the best fit for the adsorption data, indicating heterogeneous and multilayer adsorption, with maximum adsorption capacities of 3.622 mg/g for Germencik and 3.556 mg/g for Tuzla derived from the Langmuir isotherm. Kinetic studies revealed that lithium adsorption followed a pseudo-first-order model for Germencik (R2 = 0.992) and a pseudo-second-order model for Tuzla (R2 = 0.914). The intraparticle diffusion model identified boundary layer diffusion as a significant rate-limiting step, with diffusion rate constants of 0.365 mg/g·h0.5 for Germencik and 0.588 mg/g·h0.5 for Tuzla. Mechanistic studies demonstrated ion exchange as the dominant adsorption mechanism, supported by adsorption energy values of 8.64 kJ/mol for Germencik and 9.13 kJ/mol for Tuzla. Optimal conditions yielded lithium recovery efficiencies of 95% for Germencik and 80% for Tuzla, with the differences attributed to variations in salinity and ionic composition. CTS/LMO effectively retained Li up to 241 BV with 69.03% efficiency, while desorption peaked at 43 mg/L at 9 BV, achieving 76% elution efficiency in column operation with a model solution. These findings demonstrate the potential of CTS/LMO as an efficient and sustainable adsorbent for Li recovery from geothermal brines, contributing to the growing demand for Li in renewable energy applications.
This study was financially supported by the Research Universities Support Program of the Higher Education Council of Türkiye (Grant No: 2022IYTE-2-0009).
Higher Education Council of Türkiye
2022IYTE-2-0009
This study was financially supported by the Research Universities Support Program of the Higher Education Council of Türkiye (Grant No: 2022IYTE-2-0009).
Bu çalışmada, kitosan kaplı lityum manganez oksit kompoziti (CTS/LMO) kullanılarak jeotermal tuzlu sulardan lityumun (Li) seçici olarak geri kazanılması araştırılmıştır. Türkiye'deki Germencik ve Tuzla'dan elde edilen ve farklı fizikokimyasal özelliklerle karakterize edilen jeotermal tuzlu sular, adsorpsiyon performansını değerlendirmek için kullanılmıştır. Freundlich izotermi, adsorpsiyon verileri için en iyi uyumu sağlayarak heterojen ve çok katmanlı adsorpsiyonu göstermektedir ve Langmuir izoterminden elde edilen Germencik için maksimum adsorpsiyon kapasiteleri 3.622 mg/g ve Tuzla için 3.556 mg/g'dır. Kinetik çalışmalar, lityum adsorpsiyonunun Germencik için psödo-birinci dereceden bir model (R2 = 0.992) ve Tuzla için psödo-ikinci dereceden bir model (R2 = 0.914) izlediğini ortaya koymuştur. Parçacık içi difüzyon modeli, sınır tabakası difüzyonunu önemli bir hız sınırlayıcı adım olarak tanımlanmıştır ve Germencik için 0,365 mg/g·h0,5 ve Tuzla için 0,588 mg/g·h0,5 difüzyon hız sabitleri elde edildi. Mekanistik çalışmalar, iyon değişiminin baskın adsorpsiyon mekanizması olduğunu göstermiştir ve Germencik için 8,64 kJ/mol ve Tuzla için 9,13 kJ/mol adsorpsiyon enerji değerleri ile desteklenmiştir. Optimal koşullar, Germencik için %95 ve Tuzla için %80 lityum geri kazanım verimliliği sağlamıştır. Farklılıkların tuzluluk ve iyonik bileşimdeki değişikliklerden kaynaklandığı düşünülmektedir.. CTS/LMO, Li'yi %69,03 verimlilikle 241 BV'ye kadar etkili bir şekilde tutarken, desorpsiyon 9 BV'de 43 mg/L'de zirveye ve bir model çözeltiyle kolon çalışmasında da %76 elüsyon verimliliğine ulaşmıştır. Bu bulgular, CTS/LMO'nun jeotermal tuzlu sulardan Li geri kazanımı için etkili ve sürdürülebilir bir adsorban olarak potansiyelini ortaya koyarak, yenilenebilir enerji uygulamalarında Li'ye olan talebin artmasına katkıda bulunmaktadır.
2022IYTE-2-0009
Primary Language | English |
---|---|
Subjects | Separation Science |
Journal Section | Research Articles |
Authors | |
Project Number | 2022IYTE-2-0009 |
Publication Date | May 31, 2025 |
Submission Date | January 30, 2025 |
Acceptance Date | March 23, 2025 |
Published in Issue | Year 2025 Volume: 7 Issue: 2 |