Un equipo de investigación conformado por científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos y la Universidad de Chicago desarrolló una membrana de vermiculita bidimensional para la extracción eficiente de litio de agua de mar. Este avance, detallado en el artículo titulado "Pillared Laminar Vermiculite Membranes with Tunable Monovalent and Multivalent Ion Selectivity", ofrece una alternativa tecnológica de bajo costo a la minería convencional y responde a la creciente demanda de litio en la economía global.
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La membrana, fabricada a partir de vermiculita—a un costo aproximado de $350 por tonelada y con una producción global estimada en 100,000 toneladas anuales—, presenta un grosor de tan solo un nanómetro, lo que clasifica al material como bidimensional. Su diseño incorpora pilares de óxido de aluminio en las capas de vermiculita, aumentando la estabilidad en soluciones acuosas y posibilitando la separación de iones según tamaño y carga eléctrica.
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El método propuesto por los investigadores enfatiza la infusión de cationes de sodio en la estructura de la membrana, cambiando su carga superficial de neutra a positiva. Esta modificación permite una alta selectividad en la separación de iones, dado que en el agua salada tanto litio (Li+, con carga +1) como magnesio (Mg2+, con carga +2) presentan cargas positivas, pero el magnesio es repelido con mayor fuerza por la membrana. Así, se logra una selectividad Li+/Mg2+ de 60.3 en la membrana dopada con sodio, comparada con 2.1 en la variante sin dopar, y una disminución de la permeabilidad de magnesio en un factor de 34 sin afectar la permeabilidad de litio.
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Las pruebas de estabilidad demostraron que la membrana dopada mantuvo su rendimiento de separación durante 80 horas de pruebas de difusión. Además, se verificó su integridad al mantenerse intacta en soluciones de NaCl durante 30 días, contrastando con la disolución en 30 minutos de la vermiculita sin tratar. El proceso de fabricación utiliza exfoliación y pilarización, empleando un precursor de alúmina que se transforma en pilares estables mediante calcinación, permitiendo el ajuste de las propiedades fisicoquímicas de la membrana.
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La tecnología desarrollada se apoya en mecanismos de exclusión de Donnan y exclusión por tamaño, factores clave para separar el litio—presente en bajas concentraciones en el agua de mar—de otros iones como el sodio y el magnesio, que aparecen en cantidades significativamente mayores.
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La investigación concluye que la utilización de membranas de vermiculita pilarizadas para la extracción de litio del agua de mar es técnicamente viable, económicamente accesible y representa un avance significativo en los métodos de recuperación de recursos frente a la tradicional minería de roca dura y procesos de evaporación, caracterizados por sus altos costos y lentitud.