¡Líquidos iónicos: No agitar!

Los productos con sedimento, como la leche de soya, generalmente indican en su empaque que la mezcla debe agitarse bien antes de beberla. Sin embargo, hay momentos en que es preferible no mezclar todo. Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), el Instituto de Investigación Química de Corea y la Universidad Nacional de Chonnam ha desarrollado una técnica para separar mezclas bien mezcladas, y esta innovación está atrayendo la atención de la comunidad académica.

El equipo de investigación dirigido por el profesor Jee-hoon Han del Departamento de Ingeniería Química de POSTECH colaboró con el director Ji Hoon Park, el investigador principal Soo Min Kim y el investigador Myungho Choi del Centro de Investigación de CO₂ y Energía del Instituto de Investigación Química de Corea, y el profesor Jaewon Byun de la Universidad Nacional de Chonnam para crear una tecnología de proceso para la síntesis y purificación eficiente de líquidos iónicos. Su investigación apareció recientemente como el artículo de portada en la edición en línea de Industrial & Engineering Chemistry Research (I&EC Research), una revista internacional en el campo de la ingeniería química.

Los líquidos iónicos son sales que permanecen en estado líquido a temperatura ambiente o incluso a temperaturas relativamente bajas debido a las fuertes interacciones eléctricas entre sus iones. A diferencia de las sales comunes, poseen propiedades únicas como la no inflamabilidad, la baja volatilidad y la estabilidad térmica y química, lo que los hace valiosos para diversas aplicaciones industriales, incluidos los catalizadores y los electrolitos.

Uno de los líquidos iónicos más estudiados es [bmim][BF₄], conocido por su alta estabilidad y baja toxicidad. Sin embargo, el proceso complejo y costoso de eliminar impurezas como el cloruro de litio (LiCl) durante la síntesis ha sido una barrera importante para la comercialización de la tecnología.

En este estudio, los investigadores emplearon refrigerantes halocarbonados, específicamente cloruro de difluorometilo (Rf-22), para sintetizar el líquido iónico [bmim][BF₄] de manera más económica y eficiente que los métodos tradicionales. Mediante el uso de Rf-22 como mediador de separación de fases, pudieron inducir una mezcla que contiene metilimidazol para separarla en dos capas distintas, similar a la separación de aceite y agua.

El equipo observó la separación de fases variando las proporciones de [bmim][BF₄], agua y mezclas de halocarbono. Luego aplicaron los datos recopilados a un modelo de diagrama de fase ternario. Este modelo representa visualmente la composición y las fases de una mezcla que contiene tres componentes diferentes y se utiliza para predecir la fase formada en función de las proporciones de cada ingrediente.

Utilizando el modelado del diagrama de fase ternario, los investigadores produjeron con éxito [bmim][BF₄] de alta pureza con una pureza superior al 99%. Además, pudieron recuperar y reciclar eficazmente la capa que contiene metilimidazol, que no participó en la reacción de síntesis.

El equipo luego llevó a cabo simulaciones de proceso para evaluar la viabilidad económica de la tecnología de purificación desarrollada en este estudio. Con base en un análisis de costo para producir 1 tonelada de [bmim][BF₄] por día, determinaron que el precio mínimo de venta sería de alrededor de $12,000 por tonelada. Esto es más competitivo que las tecnologías de proceso existentes, lo que demuestra el potencial para comercializar la tecnología.

El profesor Jee-hoon Han de POSTECH declaró: “Esperamos que esta investigación impulse la comercialización de líquidos iónicos y brinde soluciones industriales prácticas basadas en nuestra comprensión de estas sustancias”. El investigador principal Soo Min Kim del Instituto de Investigación Química de Corea expresó la importancia de la investigación al decir: “Esta técnica también se puede aplicar a otros solventes, lo que permite la síntesis de una amplia gama de líquidos iónicos de alta pureza”.

La investigación se llevó a cabo con el apoyo del Programa de Jóvenes Investigadores del Ministerio de Ciencia y TIC y el Programa Básico del Instituto de Investigación Química de Corea.