Extracción eficiente de actínidos tetravalentes de disoluciones de ácido nítrico mediante un líquido iónico específico funcionalizado con tri-N-octil metil amonio N-dodecilsulfato

Limpiando la energía nuclear

La energía nuclear puede generar grandes cantidades de electricidad sin emitir gases de efecto invernadero, pero deja residuos altamente radiactivos. Algunos de los metales presentes en esos residuos, como el plutonio y el uranio, son a la vez peligrosos y valiosos. Este estudio explora un nuevo líquido más sostenible que puede extraer metales específicos de soluciones radiactivas agresivas, ayudando a reciclar materiales útiles y reduciendo la carga a largo plazo de los residuos nucleares.

Un líquido de limpieza hecho a medida

Los investigadores diseñaron un líquido iónico “específico para la tarea”: una sal líquida a temperatura ambiente compuesta por iones orgánicos voluminosos. A diferencia de los disolventes comunes basados en compuestos orgánicos volátiles, los líquidos iónicos apenas se evaporan y pueden ajustarse químicamente para trabajos concretos. Aquí, el equipo unió un grupo similar a un detergente llamado dodecilsulfato a un ión amonio voluminoso, creando un fluido espeso de color amarillo pajizo. Esa cola detergente es parecida a los agentes limpiadores usados en champús y jabones, pero en este caso está anclada de forma permanente al líquido iónico, convirtiendo la molécula completa en un potente extractor de iones metálicos disueltos en agua ácida.

Cómo captura metales nucleares

El combustible nuclear gastado se disuelve típicamente en ácido nítrico, formando una mezcla de distintos iones metálicos y especies moleculares. El nuevo líquido iónico se probó con tres actínidos clave: plutonio en estado +4, uranio en estado +6 y americio en estado +3. Ajustando cuidadosamente la fuerza ácida, los autores mostraron que el plutonio cambia de forma —de iones simples cargados a agrupaciones más complejas con nitrato— y estos cambios afectan de modo decisivo su transferencia al líquido iónico. En niveles de acidez medios a altos, el líquido forma complejos estables con unidades que contienen plutonio, extrayéndolas a la fase iónica, mientras deja la mayor parte del americio en la fase acuosa y captura solo cantidades moderadas de uranio.

Elegir favoritos: plutonio frente a uranio y americio

Un resultado central es la gran selectividad del líquido. En condiciones optimizadas, el plutonio se extrajo miles de veces más eficazmente que el uranio y hasta cien mil veces más que el americio. Esto supera con creces muchos sistemas de disolventes convencionales empleados hoy en el reprocesamiento nuclear. Los autores atribuyen este comportamiento a la forma en que los grupos cargados de la cabeza del líquido iónico y las colas a base de sulfato envuelven distintos complejos de nitrato de plutonio, creando arreglos de unión muy favorables. El uranio, que forma geometrías distintas en solución, encaja menos bien, y el americio prácticamente no interactúa, por lo que permanecen mayormente en la fase acuosa. Esta “preferencia” natural permite separar el plutonio de otros actínidos mediante un proceso líquido–líquido relativamente simple.

Lento pero fuerte, y reutilizable

El nuevo líquido es viscoso, lo que ralentiza la difusión de los metales a través de él; por ello se necesita aproximadamente una hora por etapa de extracción, más que con disolventes convencionales más ligeros. Sin embargo, la unión en sí libera mucha energía térmica, lo que significa que, una vez capturados el plutonio o el uranio, los complejos son bastante estables. El equipo también investigó cómo recuperar los metales del líquido iónico, un paso importante para el reciclado. Cambios simples de acidez no fueron suficientes, pero soluciones suaves de ácido oxálico o carbonato de sodio, aplicadas en varios contactos, pudieron eliminar casi todo el plutonio y uranio cargados. El líquido iónico pudo reutilizarse al menos cinco ciclos de extracción–stripping con solo una pérdida de rendimiento menor.

Resistente a la radiación—y sus límites

Dado que las corrientes de residuos nucleares son intensamente radiactivas, el disolvente debe soportar el bombardeo por partículas de alta energía. Los autores expusieron el líquido iónico a dosis muy altas de rayos gamma y encontraron que, aunque su poder de extracción disminuyó gradualmente —en torno a un tercio hasta casi la mitad para el uranio en la dosis más alta—, la estructura molecular principal permaneció intacta según medidas por infrarrojo y RMN. Se espera cierta degradación en aminas más pequeñas, hidrocarburos y fragmentos de sulfato, pero el material siguió funcionando razonablemente bien incluso tras el tratamiento severo.

Por qué importa para los residuos nucleares

Para un lector no especialista, el mensaje clave es que los investigadores han creado un “disolvente a medida” altamente selectivo y relativamente robusto que puede extraer plutonio de residuos ácidos nucleares con mayor eficacia que muchas tecnologías actuales, usando además un líquido que no se evapora ni arde con facilidad. Al favorecer el plutonio frente al uranio y al americio, y al operar en condiciones similares a las del residuo de alta actividad real, este líquido iónico podría ayudar a futuros esquemas de reciclado a recuperar materiales estratégicos y reducir la radiactividad a largo plazo que debe almacenarse. Persisten desafíos—especialmente acelerar el proceso y mejorar la resistencia a la radiación—pero el trabajo apunta hacia una química más limpia y sostenible para gestionar los residuos más difíciles de la energía nuclear.

Cita: Chowta, S.D., Sengupta, A. & Mohapatra, P.K. Efficient extraction of tetravalent actinide from nitric acid feeds using tri-N-octyl methyl ammonium N-dodecyl sulphate functionalized task-specific ionic liquid. npj Mater. Sustain. 4, 14 (2026). https://doi.org/10.1038/s44296-025-00094-4

Palabras clave: líquidos iónicos, residuos nucleares, separación de plutonio, extracción por disolventes, química de actínidos