Recientemente gran parte de la investigación se ha enfocado al tratamiento de aguas residuales; los accidentes industriales y mineros que han ocurrido recientemente hacen necesario el desarrollo de nuevos métodos de extracción de metales ya que estos contaminantes son muy abundantes en las aguas residuales. Uno de los métodos más comunes para la recuperación de metales de efluentes acuíferos es la extracción utilizando disolventes orgánicos a los que se añade un agente hidrofóbico que incrementa la eficiencia de la extracción al formar un complejo con el ion metálico. [1] El principal problema con este método es que los disolventes orgánicos son tóxicos e inflamables. Los líquidos iónicos (IL) son una excelente alternativa a los disolventes moleculares comunes; a los IL se les ha dado el título de "disolventes verdes" ya que su presión de vapor casi nula impide que estos se evaporen y se conviertan en contaminantes atmosféricos, además son no inflamables y su naturaleza iónica les confiere una serie de características de solvatación que no se encuentra en los disolventes tradicionales. [2] Cuando se usa a los IL para la extracción de iones metálicos en fases acuosas, ocurre un mecanismo llamado intercambio iónico el cual no ocurre en los disolventes orgánicos tradicionales. [3] El intercambio iónico transfiere el catión de la sal metálica y, de manera simultanea, se transporta el catión del IL hacia la fase acuosa para compensar la carga. Desafortunadamente, este mecanismo provoca la contaminación de la fase acuosa. Como se muestra en un trabajo previo de Dr. Janssen y col. es posible evitar el intercambio iónico con el uso de un anión de sacrificio que se agrega a la fase acuosa. [4] El cual además de evitar la degradación del IL, incrementa notablemente la eficiencia del proceso de extracción, hasta un 400%. En estos estudios preliminares se ha utilizado bis(trifluorometilsulfonil)imida (NTf2-) como anión de sacrificio, sin embargo, éste es tóxico al ambiente lo cual limita el posible escalamiento del proceso. [5] En base a lo anterior, el objetivo principal de la presente propuesta de investigación es reemplazar este tipo de aniones de sacrificio por iones amigables con el ambiente, manteniendo al mismo tiempo la eficiencia de la extracción del metal y la capacidad de eliminar el intercambio iónico que degrada al IL. Desde el punto de vista ambiental y económico, es muy importante tener la capacidad de recuperar al IL ya que en esto radica el adjetivo de "disolvente verde". El uso del anión de sacrificio minimiza la degradación del IL pero también es necesario eliminar los iones metálicos extraídos para poder reutilizar al disolvente; para ello, en esta propuesta se considera utilizar la depositación electroquímica de los metales electroactivos como una herramienta para eliminar los metales del IL y permitir su reutilización.

En los antecedentes de esta propuesta, se menciona la estrategia que hemos recientemente desarrollado para extraer iones metálicos agregando un anión de sacrificio que desplaza el equilibrio químico, favoreciendo la eficiencia del proceso y evitando la degradación del IL.[4] Los resultados parecen muy prometedores, pero se requiere una investigación más profunda enfocada a superar algunas de las desventajas encontradas. Entre las principales se puede mencionar el uso del anión de sacrificio bis(trifluorometilsulfonil)imida (NTf2–), que es considerado tóxico. [5] Sustituir este anión por una especie biodegradable ayudará sin duda a eliminar cualquier objeción que exista actualmente contra esta estrategia. Por este motivo, estamos proponiendo reemplazar el NTf2– por iones sacarinato, acesulfamato y nicotinato, las cuales no solamente son compuestos biodegradables, sino que resultan mucho menos costosos que las sales basadas en bis(trifluorometilsulfonil)imida. El uso de estos aniones biodegradables será una de las mayores contribuciones del proyecto; por lo cual es necesario probar su efectividad en la extracción de iones metálicos. Los resultados de esta investigación tendrán un papel importante en abrir la posibilidad de escalar el proceso en el mediano plazo (7-12 años). En la metodología desarrollada se ha utilizado el éter18-corona-6 como agente extractante, sin embargo, los resultados muestran que parte de éste se transfiere a la fase acuosa, siendo esto otra de las desventajas del proceso. Con el propósito de analizar el efecto que tienen sobre la eficiencia los líquidos iónicos y aniones de sacrificio propuestos, inicialmente trabajaremos con este mismo extractante. No obstante, en una segunda etapa se contempla también evaluar la efectividad de un éter corona más hidrofóbico, como el diciclohexano 18-corona-6 éter ó 4'-aminobenzo-15-corona-6-eter. Con éste se pretende minimizar la pérdida del agente extractante disminuyendo el costo del proceso y evitando problemas de contaminación de la fase acuosa. Adicionalmente la presente propuesta considera la recuperación de los iones metálicos en el IL. Si el metal no se recupera de la fase del IL, no sería posible reciclar estos disolventes y entonces se convertiría en un proceso demasiado caro y no amigable con el medio ambiente. Se ha demostrado que los metales se pueden recuperar del IL usando ácido [18]; este es el método que se realiza comúnmente para extraer metales recuperados en disolventes orgánicos, pero no se considera como un método eco-responsable. Por este motivo, en la presente propuesta estamos proponiendo utilizar la electrodepositación de los metales como un método amigable con el ambiente para la recuperación de metales electroactivos que se encuentran disueltos en un IL [19,20]. Un ejemplo en el que la tecnología descrita en el presente proyecto puede contribuir es en el tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales tóxicos e incluso radiactivos. Muy recientemente, nuestro país sufrió el peor desastre reportado en Sinaloa cuando hubo un enorme derrame de ácido en una mina de cobre. El derrame provocó la contaminación del agua potable que abastece a una gran región con contaminantes altamente tóxicos como el arsénico. Las minas en desuso también son un gran riesgo para el medio ambiente y la salud; en California, una gran cantidad de minas en desuso tienen concentraciones peligrosas de arsénico. Otras aplicaciones incluyen el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria, y la limpieza de metales pesados, como los encontrados en las aguas residuales radiactivas provenientes del desastre en el reactor de Fukushima provocado por un tsunami en 2011. EL uso de esta tecnología no sólo será beneficioso para México sino que puede tener un impacto global.