Universitat d'Alacant

Con el objetivo de resolver los problemas anteriormente descritos, se ha desarrollado un sistema extractante TSIL (Task Specific Ionic Liquids) + IL (Ionic Liquid) que permite la extracción selectiva líquido-líquido de torio frente a otros metales pertenecientes a los bloques f, d y/o p de la tabla periódica, tales como el uranio, sin la aparición de especies radiactivas peligrosas.

La invención se basa en la preparación de una mezcla extractante formada por el compuesto TSIL disuelto en el líquido iónico BMIM NTf₂ (véase Figura 1):

Figura 1: Fórmula química de los compuestos que forman la mezcla extractante.

El procedimiento de preparación del compuesto TSIL se realiza en tres sencillos pasos (en condiciones suaves de reacción):

1. Reacción de N-alquilación del antibiótico ciprofloxacina con 1-bromoetano para obtener el siguiente compuesto intermedio (véase Figura 2):

Figura 2.

2. Reacción de amidación sobre el compuesto anterior empleando N,N-dietilamina para obtener el siguiente compuesto (véase Figura 3):

Figura 3.

3. Reacción de alquilación del compuesto anterior con 1-yodobutano para obtener el compuesto TSIL cuya fórmula química es la siguiente (véase Figura 4):

Figura 4.

Las reacciones químicas anteriores se realizan en presencia de diferentes catalizadores bajo condiciones específicas de temperatura y presión. Una vez obtenido el compuesto TSIL, se mezcla con el líquido iónico BMIM NTf₂ para formar la composición extractante (véase Figura 1).

El procedimiento de extracción selectiva de torio de una muestra que contiene torio y otros metales de los bloques f, d y/o p de la tabla periódica se resume en las siguientes etapas:

1) Preparar de la mezcla extractante a partir del compuesto TSIL + el líquido iónico BMIM NTf₂ (B).

2) Ajustar la muestra a separar (que contiene torio y otros metales de los bloques f, d y/o p) a pH=1 (A).

3) Adicionar la mezcla líquida extractante (B) a la muestra líquida a separar (A).

4) Agitar.

5) Esperar a que ambas disoluciones se separen por diferencia de densidad.

6) Separar las dos fases: la fase orgánica (B) corresponde a la composición extractante que incluye el torio contenido inicialmente en la muestra a separar (véase Figura 5).

Figura 5: Proceso de extracción selectiva.

7) Adicionar a la fase orgánica recuperada en la etapa anterior (B) una disolución acuosa tamponada a pH=6 (C).

8) Agitar.

9) Esperar a que ambas disoluciones se separen por diferencia de densidad.

10) Separar las dos fases: la fase orgánica corresponde a la composición extractante (B), que podrá utilizarse nuevamente en otros procesos de recuperación de torio, y la fase acuosa (A) contiene el torio extraído (véase Figura 6).

Figura 6: Esquema del proceso de recuperación.

VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA

La tecnología TSIL presenta las siguientes ventajas:

1) Permite la extracción selectiva de torio frente a otros metales pertenecientes a los bloques f, d y/o p de la tabla periódica, tales como el uranio.

2) Es altamente eficiente en la extracción selectiva de torio, permitiendo recuperar íntegramente el torio con un alto rendimiento debido a su alta afinidad.

3) Gran especificidad en la extracción del torio frente a uranio y otros metales de transición interna (lantánidos y actínidos): el resto de metales se extraen con un bajo o nulo porcentaje.

4) Es posible de recuperar, al menos, el 95% de la mezcla extractante y reutilizarla en nuevos ciclos de extracción de torio frente a otros metales.

5) El procedimiento es respetuoso con el medioambiente, ya que evita la aparición de especies radiactivas peligrosas como el plutonio, mejorando así la seguridad en los procesos nucleares.

6) El procedimiento se lleva a cabo bajo condiciones suaves de reacción (temperatura entre 0ºC-25ºC y presión atmosférica).

7) El procedimiento es viable a escala industrial, pudiendo ser adaptado e implementado a las necesidades de la empresa (el compuesto TSIL tiene un rendimiento de síntesis del 89%).

En resumen, el compuesto TSIL es una tecnología revolucionaria que mejora significativamente los métodos actuales de extracción de torio al ser más seguro, eficiente y selectivo. Su aplicación en diferentes sectores puede tener un impacto positivo en el medioambiente y mejorar la sostenibilidad energética a nivel mundial.

ASPECTOS INNOVADORES DE LA TECNOLOGÍA

La tecnología TSIL presenta varios aspectos innovadores que la diferencian de otras tecnologías similares en el mercado.

En primer lugar, la novedosa composición química de la mezcla extractante permite la extracción selectiva de torio frente a otros metales de los bloques f, d y/o p de la tabla periódica, evitando la aparición de especies radiactivas peligrosas como el plutonio.

Además, su alta eficiencia permite recuperar íntegramente el torio con un alto rendimiento, y es posible volver a utilizar la mezcla extractante en nuevos ciclos de extracción siendo, por tanto, un procedimiento sostenible y respetuoso con el medioambiente (no existe ningún otro sistema de extracción de estas características en el mercado que sea reciclable).

La tecnología descrita se ha desarrollado a escala de laboratorio (estado de madurez tecnológico: TRL = 4).

Los ensayos realizados han mostrado resultados muy prometedores: el coeficiente de distribución (K), que es el cociente entre la concentración del metal en la fase orgánica y en la fase acuosa tras la extracción, calculado para el torio, es 28 veces superior al del uranio, y entre 25-196 veces superior para el resto de los elementos estudiados (Lu, Yb, Gd, Sm, Nd, La, Y, Ce, Eu, Sc, Pt, Sb, etc.).

En estos ensayos se ha demostrado la alta eficiencia del compuesto TSIL en la extracción selectiva de torio frente a otros metales, así como su capacidad para recuperar íntegramente el metal complejado.

Los resultados obtenidos indican que esta tecnología tiene un gran potencial para su aplicación en procesos nucleares. Asimismo, se han llevado a cabo estudios sobre la viabilidad económica del proceso de extracción selectiva de torio con TSIL, lo que indica que esta tecnología podría ser rentable y competitiva en comparación con otras soluciones existentes.

Los principales sectores de aplicación de esta novedosa tecnología son:

• Minería e industria química: el compuesto TSIL tiene aplicaciones en la extracción selectiva de metales de transición interna (lantánidos y actínidos).

• Química nuclear: la tecnología TSIL puede ser utilizada en procesos nucleares para la extracción selectiva de torio frente a otros metales, evitando la aparición de especies radiactivas peligrosas como el plutonio.

• Medicina nuclear: la tecnología TSIL también puede ser aplicada en la medicina nuclear, ya que permite una extracción selectiva y eficiente del torio.

• Tratamiento de residuos nucleares: el compuesto TSIL también representa una ventaja considerable a la hora de tratar residuos nucleares que contienen torio, ya que éste puede recuperarse selectivamente.

• Investigación científica: la tecnología TSIL puede ser utilizada en investigaciones científicas relacionadas con procesos nucleares y medicina nuclear.

Su aplicación en diferentes sectores puede tener un impacto positivo en el medioambiente y mejorar la sostenibilidad energética a nivel mundial.

Se buscan empresas interesadas en adquirir esta tecnología para su explotación comercial mediante acuerdos de licencia de la patente.

Perfil de empresa buscado:

• Industria nuclear.

• Industria química.

• Medicina nuclear.

• Tratamiento de residuos nucleares.

La presente invención se encuentra protegida mediante solicitud de patente:

• Título de la patente: “Compuesto TSIL, procedimiento de fabricación y procedimiento de extracción selectiva de torio empleando el compuesto TSIL”.

• Número de solicitud: P202231098.

• Fecha de solicitud: 22 de diciembre de 2022.