Resumen:
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado una nueva molécula de extracción que puede ser impulsada directamente por electricidad para recuperar metales valiosos de desechos electrónicos, logística minera y desechos industriales, y reducir significativamente la dependencia de los procesos tradicionales de reactivos químicos. Esta investigación puede hacer que el proceso de reciclaje de metales sea más limpio, más simple y más eficiente energéticamente.
El resultado de esta investigación, dirigida por Su Xiao, profesor de ingeniería química y biomolecular de la escuela, se publicó en "ACS Energy Letters". El equipo de investigación propuso previamente una tecnología de extracción líquido-líquido continua mediada electroquímicamente, e-LLE, en 2024 para recuperar oro de desechos electrónicos. La tecnología demuestra que la electricidad puede reemplazar las grandes cantidades de ácidos y bases que normalmente se requieren en la extracción líquido-líquido. La extracción líquido-líquido es una técnica ampliamente utilizada para separar y purificar metales, pero los sistemas de la época todavía requerían reactivos químicos adicionales para completar todo el ciclo de extracción.
Esta vez, los investigadores eliminaron este paso químico restante modificando la propia molécula de extracción. Diseñaron una molécula multifuncional que une selectivamente iones metálicos, tiene una carga permanente y es estable en la fase orgánica utilizada para la extracción. Debido a que la molécula lleva su propia carga eléctrica, los investigadores pueden controlar su reacción directamente con electricidad, eliminando la necesidad de reactivos químicos intermedios que antes eran necesarios.
La carga permanente incorporada en la nueva molécula actúa como un electrolito, haciendo que el líquido sea conductor, dijo la investigadora postdoctoral Deborah Schmidt, coautora del artículo. Por lo tanto, las reacciones redox pueden ser impulsadas por electricidad en lugar de productos químicos. Señala que este trabajo permite la electrificación completa de un proceso de separación industrial que depende en gran medida de reactivos químicos.
Su Xiao dijo: "Esta es la primera vez que realizamos la extracción electroquímica con solventes de la manera que alguna vez imaginamos. Cargamos la molécula, une el metal y lo lleva a la fase orgánica, y luego libera el metal a través de la electricidad".
Al impulsar el proceso directamente con electricidad, el consumo de productos químicos se puede reducir en uno o dos órdenes de magnitud, mientras que el ciclo de extracción también se simplifica. En teoría, sustituir los reactivos intermedios por electricidad podría reducir tanto los residuos químicos como el consumo de energía.
En pruebas de laboratorio, los investigadores utilizaron la molécula para recuperar selectivamente oro del lixiviado de desechos electrónicos. El llamado lixiviado es una solución que se forma al disolver metales preciosos en productos electrónicos de desecho. Gold es la primera demostración de esta investigación, pero el objetivo más amplio del equipo es establecer un conjunto de principios de diseño molecular para desarrollar extractantes electroactivos para otros desafíos de separación.
Adryjek Aguda, coautor del artículo y estudiante de posgrado, dijo que este sistema se puede adaptar a la recuperación selectiva de una variedad de metales de alto valor, como la recuperación de metales del grupo del platino a partir de catalizadores de automóviles gastados y la recuperación de múltiples elementos clave de relaves u otras materias primas complejas. Debido a que la plataforma electroquímica en sí permanece esencialmente sin cambios, los investigadores pueden ajustar la estructura química del extractante para apuntar a diferentes metales según las diferentes necesidades de aplicación.
Su Xiao dijo que esta investigación abre un camino básico para comprender y diseñar tales sistemas. En el siguiente paso, el equipo se centrará en promover el desarrollo de esta tecnología para aplicaciones a escala industrial, mientras continúa desarrollando más soluciones de diseño molecular y buscando cooperación en modelado computacional e inteligencia artificial para acelerar la detección y el descubrimiento de nuevos agentes de extracción.
Su Xiao dijo que a medida que los recursos minerales críticos y los problemas de la cadena de suministro reciben cada vez más atención, este logro muestra que la electroquímica tiene el potencial de proporcionar tecnología de separación escalable y con bajo nivel de desechos y promover que las personas reconsideren cómo reciclar metales de una manera más limpia y totalmente electrificada.
El artículo de investigación se titula "Electrificación directa de la extracción líquido-líquido mediante la impartición de cargas fijas a compuestos activos redox selectivos" y se publicó en "ACS Energy Letters" el 7 de julio de 2026. El DOI es 10.1021/acsenergylett.6c01434. La investigación fue financiada por la División de Ciencias Energéticas Básicas y el Programa de Ciencias de Separación de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU., número de proyecto DE-SC0025636.
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