FORMULACIÓN DE NANOPARTÍCULAS ADSORBENTES Y SU INCORPORACIÓN EN MEMBRANAS POLIMÉRICAS PARA EXTRACCIÓN SUSTENTABLE DE LITIO

Resumen

Introducción. Los compuestos de litio se han aplicado ampliamente en campos comerciales debido a sus excelentes propiedades físicas y químicas, y la demanda de litio se ha acelerado rápidamente en los últimos años[1]. Específicamente en la última década, la demanda de litio se ha incrementado considerablemente debido a su uso en la industria de las baterías de litio-ion y se espera un aumento de la demanda de sales de litio mucho mayor en los próximos años². La mayor proporción del carbonato de litio y la totalidad de cloruro de litio proviene de las salmueras (de los salares), que adicionalmente es la vía más económica. La metodología actual para extraer Li⁺ a partir de salmueras se denomina proceso evaporítico: las salmueras se vuelcan en grandes piletones (pozas de evaporación) a cielo abierto donde diferentes sales precipitaran por la concentración de la salmuera debido a la acción de la radiación solar y el viento. La salmuera concentrada en Li⁺ es bombeada a la planta de recuperación, donde el Li⁺ será precipitado como Li₂CO₃ por agregado de Na₂CO₃. Una de las principales desventajas de este método es la duración del proceso de evaporación (lo que depende de la cantidad de radiación solar, la humedad, el viento y la temperatura, condiciones que varían ampliamente interanualmente y entre diferentes depósitos) demorando hasta 24 meses, siendo un proceso extremadamente lento. Adicionalmente, la extracción de Li⁺ de salmueras es intensiva en químicos y entrega importantes volúmenes de desechos, lo que genera grandes preocupaciones medioambientales. Estudios recientes han propuesto el uso de materiales basados en óxidos de manganeso altamente selectivos a Li⁺, también se encontró que la reducción del tamaño de las partículas es sustancial para lograr el pleno aprovechamiento del material y la capacidad de adsorción de Li^{+ 3}. A partir de esto, el objetivo de este proyecto fue sintetizar, caracterizar y evaluar la performance de nanopartículas basadas en óxidos de manganeso y su incorporación en membranas con aplicaciones tecnológicas eficientes y sustentables en torno a la recuperación de sales de litio a partir de salmueras.

Resultados y conclusiones. Se compararon dos metodologías de síntesis de óxidos de litio y manganeso (síntesis seca y síntesis hidrotermal), evaluando las nanopartículas obtenidas mediante dispersión de luz dinámica, difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido. La capacidad de adsorción de Li⁺ fue estudiada a través de cinéticas de adsorción, variando la concentración absoluta de Li⁺ en la solución, y las concentraciones relativas de otros cationes respecto a Li⁺. Se logró controlar el tamaño de partícula de los sistemas formulados y se comprobó elevada capacidad de adsorción de Li⁺ por parte de las nanopartículas. Posteriormente, las nanopartículas fueron incorporadas en membranas poliméricas de poliacrilonitrilo y polietilenglicol y se evaluó la afinidad a Li⁺. Se comprobó una alta selectividad para Li⁺ frente a otros cationes presentes en salmueras (Na⁺ y Mg²⁺) a distintas concentraciones de los mismos, respecto a Li⁺. Los sistemas mostraron alta reversibilidad (adsorción/desorción de Li⁺) y estabilidad en las condiciones de trabajo.

Referencias

1) Kavanagh L., Keohane J., Garcia Cabellos G., Lloyd A., Cleary J. Resources, 2018, 7, 57.

2) Alessia, A., Alessandro, B., Maria, V.-G., Carlos, V.-A. & Francesca, B. J. Clean. Prod, 2021, 300.