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El sistema economico basado en la maxima produccion, el consumo, la explotacion ilimitada de recursos y el beneficio como unico criterio de la buena marcha economica es insostenible. Por esto se ha impuesto la idea de evolucionar hacia un desarrollo real, que permita la mejora de las condiciones de vida, pero que sea compatible con una explotacion racional del planeta. Es el llamado desarrollo sostenible. El concepto de sostenibilidad o desarrollo sostenible puede ser promovido desde una amplia variedad de disciplinas. En este marco ha surgido la “Ingenieria Quimica Verde”, cuya mision de promover las innovaciones de las tecnologias quimicas para reducir o eliminar la generacion y/o utilizacion de sustancias toxicas o peligrosas en el diseno, manufactura y uso de procesos y productos quimicos. Uno de los ambitos donde los investigadores han puesto mas esfuerzo en aplicar los principios de la ingenieria quimica verde es la eliminacion/recuperacion de metales pesados de los efluentes industriales que los contengan, motivados por la elevada toxicidad de los metales pesados, asi como su cada vez menor abundancia en las reservas naturales. Algunos de los metodos de purificacion habituales presentan serios problemas medioambientales y/o elevados consumos energeticos. En la presente tesis doctoral se aborda el desarrollo de nuevas tecnologias de separacion basadas en liquidos ionicos para la recuperacion de metales pesados de efluentes acuosos. Este estudio se enmarca dentro de una reciente linea de investigacion del grupo de Ingenieria Quimica y de Procesos (INQUIPRO), del Departamento de Ingenieria Quimica y Ambiental de la Universidad Politecnica de Cartagena, sobre la recuperacion de iones metalicos en efluentes acuosos mediante tecnologias de separacion “verdes” basadas en liquidos ionicos. Con este trabajo se pretende contribuir al diseno de procesos de separacion, concentracion y/o recuperacion de metales pesados habitualmente contenidos en efluentes industriales, utilizando como metales modelo hierro (III), zinc (II), cadmio (II) y cobre (II) y empleando liquidos ionicos como agentes de extraccion liquido-liquido, bien mediante procesos convencionales, o inmovilizado en forma de membranas liquidas, todo ello dentro del ambito de la Ingenieria Quimica Verde. En relacion al empleo de liquidos ionicos como agentes de extraccion para la eliminacion de metales pesados de corrientes liquidas mediante el proceso convencional de extraccion liquido-liquido, se realiza un estudio para conocer la capacidad de diferentes liquidos ionicos comerciales de distinta naturaleza como agentes de extraccion unicos para la recuperacion de los cuatro iones metalicos en estudio. Se utilizaron liquidos ionicos basados en cationes metiltrioctilamonio (MTOA+) y dialquilimidazolio (omim+ y bmim+), y los aniones cloruro (Cl-), hexafluorofosfato (PF6 -), bis(trifluorometilsulfonil)imida (NTf2 -) y tetrafluoroborato (BF4 -). Se ha encontrado que para estos liquidos ionicos, la composicion del cation y el anion influye considerablemente en la eficiencia del proceso de extraccion. En este contexto, con el liquido ionico [MTOA+][Cl-] se consiguio una extraccion casi total de Fe(III), Zn(II) y Cd(II) y muy elevada para el Cu(II). Con el liquido ionico [omim+][BF4 -] se alcanzaron tambien extracciones casi completas de Zn(II) y Cd(II), mientras que las de Fe(III) y Cu(II) fueron proximas a cero. Asi, el empleo de este liquido ionico permitiria la separacion de Zn(II) y Cd(II) de Fe(III) y Cu(II). Ademas, los liquidos ionicos [omim+][PF6 -], [bmim+][PF6 -], [bmim+][NTf2 -] y [omim+][NTf2 -] hicieron posible la separacion selectiva de Zn(II)/Cd(II) y de Zn(II)/Fe(III) debido al bajo porcentaje de extraccion de Zn(II) alcanzado empleando dichos liquidos ionicos. Tambien se analizo la influencia de la concentracion inicial del ion metalico, encontrandose que un incremento en este parametro supone una disminucion en sus porcentajes de extraccion. Asimismo, la concentracion de HCl cumple un papel importante en el proceso de extraccion, pues el aumento de este parametro conllevo un incremento significativo en los porcentajes de extraccion de Fe(III), Zn(II), Cd(II) y Cu(II). Se demuestra de esta manera el gran potencial de los liquidos ionicos para su uso como agentes de extraccion unicos en la eliminacion de iones metalicos, pues la modificacion de la composicion de su cation y anion y las condiciones de extraccion permiten el diseno de un proceso de extraccion especifico para cada ion metalico. Sin embargo, en la utilizacion practica de estos nuevos agentes de extraccion se hace necesario el estudio no solo de los procesos de extraccion, sino tambien de los procesos de reextraccion de los iones metalicos en cuestion. Este tipo de procesos se puede llevar a cabo de forma simultanea mediante la utilizacion de membranas liquidas soportadas, en este caso basadas en liquidos ionicos (SILM). En base a los resultados obtenidos en el estudio de extraccion liquido-liquido con liquidos ionicos, se prepararon membranas inmovilizando en soportes porosos de Nylon® los liquidos ionicos [omim+][BF4 -], [omim+][PF6 -] y [MTOA+][Cl-]. Se realizaron ensayos con disoluciones individuales de los iones metalicos y su mezcla, variando la composicion de la fase receptora. Las membranas liquidas soportadas preparadas con los liquidos ionicos basados en cationes dialquilimidazolio presentaron problemas de estabilidad, y no se consiguieron resultados satisfactorios con respecto a la separacion de los iones metalicos. Con el liquido ionico [MTOA+][Cl-], sin embargo, el porcentaje de liquido ionico retenido en la membrana despues de los ensayos de pertraccion fue considerablemente elevado. Para este liquido ionico se probaron tres fases receptoras de composicion diferente (agua Milli-Q, carbonato sodico 0,1 M y amoniaco 6 M). Se observo que la modificacion de la composicion de la fase receptora permitio conseguir la separacion selectiva de los iones en estudio. Con el fin de mejorar la estabilidad de las SILM, se recurrio a metodos de casting para obtener membranas polimericas de inclusion (PIM). Para ello, se estudiaron varios polimeros base y disolventes de diferente polaridad, con el fin de encontrar la mejor combinacion y proporcion de los mismos con los liquidos ionicos [MTOA+][Cl-] y [omim+][PF6-], pues estos liquidos ionicos mostraron buenas propiedades en el transporte de los iones metalicos estudiados y su baja solubilidad en agua. El empleo del liquido ionico [omim+][PF6-] hizo posible la obtencion de membranas muy estables, pero que sin embargo no permitian la separacion de la mezcla de los metales en estudio debido muy probablemente a que la cantidad de fase extractante no fuera suficiente para extraer los metales presentes en la fase alimentacion. El empleo de PIM basadas en [MTOA+][Cl-] si que permitio la separacion selectiva de la mezcla de iones metalicos estudiada, resultando estas membranas ademas altamente estables. La unica limitacion de estas ultimas fue la reduccion de los flujos de permeacion de los iones metalicos en relacion a los obtenidos con las SILM. Con los resultados obtenidos en los estudios de extraccion liquido-liquido y de pertraccion con membranas liquidas soportadas y polimericas de inclusion basadas en liquidos ionicos, se propuso un esquema general de proceso para la separacion selectiva de hierro (III), zinc (II), cadmio (II) y cobre (II) de efluentes hidroclorados que combina las dos tecnologias estudiadas: extraccion liquido-liquido y pertracion con membranas liquidas basadas en liquidos ionicos.

Desarrollo de nuevas tecnologías de separación basadas en líquidos iónicos para la recuperación de metales pesados de efluentes acuosos