El litio es esencial para la transición energética. Su baja masa y alta densidad energética lo convierten en un recurso crítico para baterías de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento. Actualmente, la producción depende de minería de roca dura y salmueras concentradas en pocos países, lo que genera vulnerabilidad en el suministro. Sin embargo, las mayores reservas se encuentran disueltas en agua de mar y salmueras subterráneas. Para aprovecharlas, se requieren tecnologías capaces de separar iones muy similares en entornos de alta salinidad.
Las membranas laminares pilarizadas ofrecen una solución innovadora. Este desarrollo, impulsado por el Argonne National Laboratory y la Universidad de Chicago, emplea vermiculita como soporte estable y económico. La pilarización con óxido de aluminio y el ajuste de carga superficial permiten controlar la selectividad iónica con gran precisión. El material resultante combina estabilidad química, versatilidad de separación y costes de producción reducidos. Su potencial también abarca la recuperación de otros metales críticos y la purificación de corrientes industriales complejas.
Estabilidad estructural en membranas laminares pilarizadas
La pilarización garantiza la integridad estructural en medios acuosos. Las membranas de vermiculita están formadas por capas minerales con espacios intermedios para el paso de iones. La incorporación de policationes de aluminio (Al₁₃) actúa como pilar entre capas, evitando su colapso. Tras un calentamiento controlado, estos pilares se fijan de manera permanente, generando canales internos de paso uniforme. El espacio interlaminar se amplía de 1,23 a 1,73 nanómetros, con un canal funcional cercano a 0,75 nanómetros.
La resistencia química se confirma en condiciones extremas. En soluciones de NaCl a 0,1 molar, las membranas conservaron su integridad tras 30 días de inmersión continua. También resistieron concentraciones de 1 y 5 molar sin degradación estructural. En pruebas de pH entre 3 y 12, la estructura permaneció estable durante ensayos prolongados. El análisis por difracción de rayos X evidenció hinchamiento prácticamente nulo. Además, los patrones cristalográficos confirmaron la permanencia de los pilares internos.
Estabilidad química comprobada en salinidad y pH extremos durante ensayos prolongados
Selectividad litio/magnesio en tecnología de membranas pilarizadas
Separar litio y magnesio es un desafío clave. El magnesio, presente en altas concentraciones en salmueras, interfiere en la recuperación de litio. Inicialmente, la membrana tenía carga superficial casi neutra, limitando la discriminación entre ambos iones. La adición de sodio invirtió la carga a positiva, aumentando la repulsión hacia el magnesio bivalente. Este ajuste generó un potencial zeta de +40,8 mV, favoreciendo el paso selectivo del litio.
La selectividad se mantiene estable en el tiempo. En pruebas prolongadas de difusión, la membrana conservó su capacidad de separación sin pérdidas notables. Incluso tras cinco meses de inmersión, la eficiencia funcional se mantuvo. Las pruebas de filtración cruzada mostraron un rechazo del 93,3 % para MgCl₂ y del 25,1 % para LiCl. Esto supone una selectividad de 11,6 a favor del litio. La estabilidad prolongada confirma su idoneidad para aplicaciones reales.
Selectividad Li⁺/Mg²⁺ estable tras cinco meses de operación continua
Separación de cationes monovalentes con membranas laminares
El sodio es el principal competidor del litio. En agua de mar, su concentración alcanza 10.000 ppm y es mayor en salmueras industriales. Esta presencia reduce el transporte efectivo del litio a través de la membrana. Al exponerla a soluciones de 1 molar de Na⁺, se ajustó la selectividad de forma notable. En estas condiciones, la relación Na⁺/Li⁺ alcanzó un valor de 23,5.
La discriminación alcanza iones de tamaño muy similar. En mezclas con litio, sodio y potasio, la estructura pilarizada mantuvo un control selectivo. Los iones con menor radio hidratado atravesaron más fácilmente los poros. Las pruebas de difusión mostraron relaciones Na⁺/Li⁺ de 35,1 y K⁺/Li⁺ de 37,5. El ajuste fino de los poros redujo la permeancia de agua a 3,8 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹. Esto incrementó la eficiencia global del proceso.
Alta precisión en separar litio de sodio y potasio en mezclas complejas
Aplicaciones y escalabilidad industrial de la tecnología
La versatilidad de esta tecnología amplía sus aplicaciones. Puede recuperar litio, níquel, cobalto y tierras raras mediante ajuste de carga superficial y tamaño de poro. También separa cationes monovalentes y multivalentes en corrientes industriales complejas. Esto permite valorizar salmueras geotérmicas y flujos de alta complejidad iónica. La plataforma admite adaptaciones para distintos entornos de proceso.
El bajo coste favorece el escalado industrial. La vermiculita es abundante y de bajo precio, lo que reduce costes de producción. Los procesos de pilarización y dopado son reproducibles y escalables técnicamente. En comparación con membranas poliméricas, ofrece mayor resistencia química y menor ensuciamiento inorgánico. Los ensayos prolongados confirman estabilidad estructural y selectiva. Esto refuerza su potencial de transferencia tecnológica.
Material económico y resistente, ideal para escalado y aplicación industrial
Conclusión
La pilarización optimiza la separación iónica en medios complejos. El control del tamaño de poro y la carga superficial permite discriminar iones con gran precisión incluso en alta salinidad. Los ensayos muestran valores sobresalientes de selectividad y estabilidad. La resistencia química y mecánica, junto con el bajo coste, favorecen su viabilidad industrial. Esta tecnología abre oportunidades en valorización de aguas residuales y salmueras no convencionales.
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