Desde la antigüedad, los humanos han extraído sales, como la sal de mesa, del océano. Si bien la sal de mesa es la más fácil de obtener, el agua de mar es una rica fuente de diferentes minerales, y los investigadores están explorando cuáles pueden extraer del océano. Uno de esos minerales, el magnesio, es abundante en el mar y cada vez más útil en la tierra.

El magnesio tiene aplicaciones emergentes relacionadas con la sustentabilidad, incluso en la captura de carbono, cemento bajo en carbono y posibles baterías de próxima generación. Estas aplicaciones están atrayendo una atención renovada a la producción nacional de magnesio. Actualmente, el magnesio se obtiene en los Estados Unidos a través de un proceso intensivo en energía a partir de salmueras de lagos salados, algunos de los cuales están en peligro debido a las sequías. El Departamento de Energía incluyó el magnesio en su lista recientemente publicada de materiales críticos para la producción nacional.

Un artículo publicado en Environmental Science &Technology Letters muestra cómo los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) y la Universidad de Washington (UW) han encontrado una forma sencilla de aislar una sal de magnesio pura, una materia prima para el magnesio metálico, del agua de mar. Su nuevo método hace fluir dos soluciones una al lado de la otra en una corriente larga. Llamado método de coflujo laminar, el proceso aprovecha el hecho de que las soluciones que fluyen crean un límite que reacciona constantemente. Fluyen soluciones frescas, que nunca permiten que el sistema alcance un equilibrio.

Este método juega un nuevo truco con un proceso antiguo. A mediados del 20 ^th siglo, las empresas químicas crearon con éxito materia prima de magnesio a partir de agua de mar mezclándola con hidróxido de sodio, comúnmente conocido como lejía. La sal de hidróxido de magnesio resultante, que le da su nombre a la leche antiácida de magnesia, se procesó para hacer magnesio metálico. Sin embargo, el proceso da como resultado una mezcla compleja de sales de magnesio y calcio, que son difíciles y costosas de separar. Este trabajo reciente produce sal de magnesio pura, lo que permite un procesamiento más eficiente.

"Normalmente, las personas avanzan en la investigación de separaciones mediante el desarrollo de materiales más complicados", dijo el químico PNNL y profesor afiliado de ciencia e ingeniería de materiales de la UW, Chinmayee Subban. "Este trabajo es muy emocionante porque estamos adoptando un enfoque completamente diferente. Encontramos un proceso simple que funciona. Cuando se escala, este proceso podría ayudar a impulsar el renacimiento de la producción de magnesio en los EE. , azul, recurso sin explotar".

Del agua de Sequim a la sal sólida

Subban y el equipo probaron su nuevo método con agua de mar del campus de PNNL-Sequim, lo que permitió a los investigadores aprovechar las instalaciones de PNNL en todo el estado de Washington.

"Como miembro del personal de Coastal Sciences, acabo de llamar a un miembro de nuestro equipo de química de Sequim y solicité una muestra de agua de mar", dijo Subban. "Al día siguiente, nos enviaron una hielera a nuestro laboratorio en Seattle. En el interior, encontramos compresas frías y una botella de agua de mar Sequim fría". Este trabajo representa la colaboración que puede ocurrir en los campus de Richland, Seattle y Sequim de PNNL.

En el método de coflujo laminar, los investigadores hacen fluir agua de mar junto con una solución con hidróxido. El agua de mar que contiene magnesio reacciona rápidamente para formar una capa de hidróxido de magnesio sólido. Esta capa delgada actúa como una barrera para la mezcla de soluciones.

"El proceso de flujo produce resultados dramáticamente diferentes a los de la simple mezcla de soluciones", dijo Qingpu Wang, investigador postdoctoral del PNNL. "La barrera inicial de hidróxido de magnesio sólido evita que el calcio interactúe con el hidróxido. Podemos producir selectivamente hidróxido de magnesio sólido puro sin necesidad de pasos de purificación adicionales".

La selectividad de este proceso lo hace particularmente poderoso. La generación de hidróxido de magnesio puro, sin contaminación de calcio, permite a los investigadores omitir pasos de purificación costosos y que consumen mucha energía.

Sostenibilidad para el futuro

El proceso nuevo y suave tiene el potencial de ser altamente sostenible. Por ejemplo, el hidróxido de sodio utilizado para extraer la sal de magnesio se puede generar en el sitio utilizando agua de mar y energía marina renovable. La eliminación de magnesio es un pretratamiento necesario para la desalinización del agua de mar. Combinar el nuevo proceso con las tecnologías existentes podría facilitar y abaratar la conversión del agua de mar en agua dulce.

El equipo está particularmente entusiasmado con el futuro del proceso. Su trabajo es la primera demostración del método de coflujo laminar para separaciones selectivas. Este nuevo enfoque tiene muchas aplicaciones potenciales adicionales, pero se necesita más trabajo para comprender la química subyacente del proceso. La brecha de conocimiento ofrece nuevas posibilidades y direcciones de investigación para impulsar la economía azul.

"Queremos llevar este trabajo de lo empírico a lo predictivo", dijo el científico de materiales del PNNL Elias Nakouzi. "Existe una gran oportunidad para desarrollar una comprensión fundamental de cómo funciona este proceso mientras se aplica a problemas importantes como la creación de nuevos materiales energéticos y la separación selectiva de iones difíciles de separar para el tratamiento del agua y la recuperación de recursos". + Explora más

Extracción de sulfato de magnesio de alta calidad a partir de salmuera de desalinización de agua de mar