Líquidos Iónicos como agentes de separación para la destilación extractiva de mezclas azeotrópicas

Cuando se trabaja con una mezcla azeotrópica y la destilación simple se convierte en un método no viable para separar sus componentes, se deben buscar alternativas, tales como la destilación a dos presiones diferentes para “saltar” ese azeótropo, o la adición de agentes separadores (en inglés “entrainers”) para romperlo; en este último caso se habla de destilación extractiva.

Uno de los numerosos usos propuestos para los líquidos iónicos (ILs en adelante) es el de emplearlos como agentes separadores, para lograr una separación más eficiente de estas mezclas azeotrópicas de difícil separación. Esta idea se propuso por primera vez en el 2001 por [Arlt et al], y desde entonces se han estudiado los efectos de los ILs sobre el equilibrio líquido-vapor de varias mezclas binarias, generalmente de agua + alcoholes, aunque también algunas orgánicas como acetona/metanol, o acetato de metil / metanol.

Las ventajas

Al añadir un IL a la mezcla a separar, éste se disocia en sus iones, los cuales interaccionan con los componentes de la mezcla, como sucede con cualquier sal inorgánica (tradicionalmente usadas para destilación extractiva); sin embargo, una ventaja importante de los ILs es que se pueden seleccionar al detalle los aniones y cationes más adecuados para conseguir mayor afinidad por uno de los compuestos de la mezcla, resultando en una más eficiente ruptura del azeótropo. Además, su presión de vapor nula a efectos prácticos conlleva no sólo que todo el IL saldrá por el fondo de la columna, sino además que posteriormente podrá ser fácilmente separado del otro componente con un simple flash y recirculado. Por si fueran pocas ventajas, a diferencia de las sales orgánicas, los ILs no darán problemas de cristalización a las temperaturas de trabajo porque se encuentran en estado líquido, lo que hace más fácil su recirculación (en todo caso puede que den problemas de bombeo por su habitualmente elevada viscosidad, pero las ventajas lo pueden compensar).

Los trabajos al respecto

Una dificultad importante a la hora de evaluar qué ILs sirven como agentes separadores para qué mezclas, es el gran número de combinaciones posibles (millones) de catión y anión para formar un IL. Como no es económicamente viable el estudio experimental del equilibrio líquido-vapor de cada combinación, los artículos existentes al respecto suelen seguir la misma mecánica para una mezcla y uno o más ILs concretos:

• determinación experimental de las líneas de equilibrio (generalmente isobáricas) de las 3 mezclas binarias (componente 1 + componente 2, IL + componente 1, IL + componente 2) y ajuste de los parámetros de interacción binaria; 
• predicción del ELV de la mezcla ternaria a partir de los parámetros obtenidos anteriormente; 
• determinación experimental de las líneas de equilibrio de la mezcla ternaria y contraste de los datos calculados por métodos predictivos.

Con este procedimiento se caracteriza el equilibrio ternario objetivo, al tiempo que se amplía la base de datos para contraste de métodos y mejora de predicciones. En los trabajos realizados hasta el momento, son varios los cationes y aniones estudiados; son cationes habituales el [emim] y el [bmim], y podemos encontrar aniones como el [N(CN)2], [BF4], [OAc], [PF6] o [triflate] en la literatura. Entre los métodos habituales para determinar si quedan trazas de IL en los componentes separados, destaca la cromatografía de gases, en algunos casos HSGC. La mayoría de artículos que han contrastado simulaciones con medidas experimentales concluyen que el método NRTL para electrolitos predice bien los datos de equilibrio, como ya lo hacía para el uso de sales inorgánicas como agentes separadores. Y en general, todos ellos concluyen que los ILs estudiados pueden ofrecer iguales o mejores prestaciones que las sales inorgánicas.

Actualmente hay pocos artículos, si se comparan con todos los publicados acerca de los ILs en general, donde se trate (ya sea directa o indirectamente) su aplicación como agentes separadores en destilación extractiva. En Scopus por ejemplo, no se encuentran más de 100 al respecto. Todavía queda pues camino por andar en esta dirección.