Membranas de líquidos iónicos soportados (SILM)
Las membranas de líquido soportado son aquellas con soportes porosos,
los cuales están impregnados con un solvente. Se han mostrado diversas
aplicaciones con dichas membranas. La técnica de SLM es una combinación de 3 procesos simultáneos:
1. Extracción de moléculas de la fase de alimentación a la
membrana.
2. Difusión a través de la membrana.
3. Re-extracción de la membrana hasta la fase receptora.
Los campos de aplicación de las SILM engloban: separación de
compuestos orgánicos, separación de mezclas de gases, separación de iones, aplicaciones
analíticas, aplicaciones electroquímicas, etc.
El principal inconveniente de estas membranas es su baja
estabilidad. Para explicar este fenómeno se han propuestos diversos mecanismos
como son: pérdida de fase orgánica de la membrana, así como su evaporación o
disolución en las fases adyacentes, diferencias de presiones, etc [1].
A diferencia de los solventes utilizados en las SLMs, los líquidos
iónicos poseen unas propiedades únicas interesantes en este contexto:
- Son sales orgánicas que permanecen líquidas a temperatura
ambiente.
- Presiones de vapor cercanas a cero, es decir, apenas evaporan.
- Buena estabilidad química y térmica.
- Son medioambientalmente benignos en comparación con los
disolventes orgánicos volátiles.
Además, las propiedades de los líquidos iónicos, tales como
hidrofobicidad, viscosidad, solubilidad, pueden variar alterando los grupos en
el catión o el anión para hacerlos más adecuados en diversos campos.
Las configuraciones adecuadas de la membrana a efectos prácticos,
son aquellas con grandes áreas específicas, como espirales enrolladas o fibras
huecas. En las fibras huecas el líquido iónico está confinado por capilaridad
dentro de los poros y las otras disoluciones fluyen por cada lado de la fibra.
Como consecuencia, la membrana solida sirve tanto como soporte para el líquido
iónico como una barrera entre las soluciones acuosas [1].
SILMs en células de
combustible microbianas
En una pila de
combustible microbiana, microbios oxidan materia orgánica y transfieren
electrones hacia un electrodo generando una corriente eléctrica. Lo que es
novedoso es que esta corriente eléctrica puede ser producida a partir de
sustratos complejos como puede ser las aguas residuales domésticas o
industriales.
Los microbios
localizados en la cámara del ánodo oxidan el sustrato añadido y generan
electrones y protones en el proceso y también se produce dióxido de carbono. Los
electrones son absorbidos por el ánodo y son transportados hacia el cátodo a
través de un circuito externo. Después de cruzar la membrana o el puente
salino, los protones entran en la cámara del cátodo, donde se combinan con
oxígeno para formar agua [2].
Por ejemplo, tomando
como referencia acetato como sustrato, las reacciones típicas que sucederían en
la pila de combustible serían:
Reacción en el ánodo: CH3COO-
+ 2H2O + microbes ⟶ 2CO2 + 7H+ + 8e-
Reacción en el cátodo: O2 + 4e- + 4H+ ⟶ 2H2O
Esta biotecnología
podría representar una alternativa para enfrentar dos grandes problemas del
mundo, la crisis energética y la disponibilidad de agua. Utilizando agua
orgánica se podría producir energía a la vez que se purifica una corriente de
agua residual. Sin embargo, para que esta alternativa sea factible, se están
investigando nuevos materiales para la membrana de intercambio de protones y
los electrones.
La membrana de
intercambio de protones, es un componente crítico que determina la eficiencia
de la pila de combustible. Las membranas con líquidos iónicos soportados son
una opción en la búsqueda de la mejora de las pilas de combustible microbiana,
debido a sus buenas propiedades como la alta conductividad iónica, su alta
estabilidad y su solubilidad. Podrían representar una alternativa más barata
que las actuales membranas comerciales como son, por ejemplo, Ultrex® y Nafion®.
En estudios realizados con
líquidos iónicos, se ha conseguido una potencia máxima, una eliminación de COD
(Demanda Química de Oxígeno) y una eficiencia culombiana muy similares a la de
las membranas comerciales, por lo que parece una alternativa prometedora y
barata para el desarrollo de las pilas de combustible microbianas, y por consiguiente,
en la obtención de energía mediante la depuración de agua [3].
Bibliografía
[1] L.J. Lozano, C.
Godínez, A.P. de los Ríos, F.J. Hernández-Fernández, S. Sánchez-Segado, F.J.
Alguacil. “Recent advances in supported ionic liquid membrane technology”.
Journal of Membrane Science 376 (2011), 1-14.
[2] Zhuwei Du, Haoran
Li, Tingyue Gu. “A state of the art review on microbial fuel cells: A promising
technology for wastewater treatment and bioenergy”. Biotechnology Advances 25
(2007), 464-482.
[3] F.J.
Hernández-Fernández, A. Pérez de los Ríos, F. Mateo Ramírez, C. Godínez, L.J.
Lozano-Blanco, J.L. Moreno, F. Tomás-Alonso. “New application of supported
ionic liquids membranes as proton exchange membranes in microbial fuel cell for
waste water treatment”. Chemical Engineering Journal 279 (2015), 115-119.
