Quali sono le applicazioni industriali dei liquidi ionici?

I liquidi ionici (IL), spesso descritti come sali allo stato liquido a temperatura ambiente o prossima, sono emersi come sostanze altamente versatili in vari processi industriali. Caratterizzati da una pressione di vapore trascurabile, un'elevata stabilità termica, eccellenti capacità di solvatazione e proprietà sintonizzabili, i liquidi ionici trovano sempre più applicazioni in un'ampia gamma di settori. Questo articolo fornisce una panoramica completa degli usi industriali dei liquidi ionici, dalla produzione chimica, allo stoccaggio di energia, alla lavorazione dei metalli, ai prodotti farmaceutici e alla protezione ambientale.

Industrie chimiche e petrolchimiche
Uno dei settori più importanti che utilizzano liquidi ionici è l’industria chimica e petrolchimica, dove gli IL fungono da solventi ecologici e mezzi di reazione per una serie di sintesi organiche e processi catalitici.

Catalisi e sintesi: Liquidi ionici fornire un ambiente ideale per la catalisi sia omogenea che eterogenea. La loro non volatilità e la capacità di dissolvere un'ampia gamma di composti organici e inorganici li rendono particolarmente utili in reazioni come l'alchilazione, l'idrogenazione e la polimerizzazione.

Processi di separazione: gli IL hanno guadagnato popolarità anche nelle tecniche di estrazione e separazione. Ad esempio, vengono utilizzati nelle estrazioni liquido-liquido per separare gli idrocarburi aromatici dagli idrocarburi alifatici o rimuovere composti contenenti zolfo nella desolforazione dei combustibili.

Lubrificanti e additivi: grazie alla loro eccellente stabilità termica e ossidativa, i liquidi ionici vengono esplorati come lubrificanti o additivi lubrificanti ad alte prestazioni, soprattutto per condizioni operative estreme.

Applicazioni energetiche ed elettrochimiche
I liquidi ionici svolgono un ruolo chiave nel progresso delle tecnologie energetiche, soprattutto nelle aree in cui i solventi o gli elettroliti tradizionali non sono all’altezza.

Elettroliti in batterie e supercondensatori: gli IL sono utilizzati come elettroliti nelle batterie agli ioni di litio, agli ioni di sodio e metallo-aria grazie alla loro ampia finestra elettrochimica, all'elevata conduttività ionica e ai vantaggi in termini di sicurezza. Migliorano la stabilità termica e riducono i rischi di infiammabilità.

Celle a combustibile: nelle celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC), i liquidi ionici aiutano a migliorare le proprietà di trasporto degli ioni, in particolare alle alte temperature dove le membrane convenzionali hanno difficoltà.

Celle solari: alcuni liquidi ionici vengono impiegati come mezzi elettrolitici nelle celle solari sensibilizzate con coloranti (DSSC) a causa della loro stabilità sotto stress luminoso e termico.

Lavorazione dei metalli ed elettrodeposizione
L'industria metallurgica ha abbracciato i liquidi ionici per applicazioni in cui gli elettroliti acquosi o organici convenzionali presentano limitazioni.

Estrazione e raffinazione dei metalli: gli IL vengono utilizzati nei processi di elettroestrazione e lisciviazione per estrarre e purificare elementi delle terre rare, alluminio e altri metalli da minerali e rifiuti elettronici.

Galvanotecnica: i liquidi ionici fungono da elettroliti alternativi per la deposizione di metalli, come oro, argento, platino e altri metalli nobili. Offrono una migliore efficienza di corrente, un rivestimento uniforme e rischi ambientali ridotti.

Inibizione della corrosione: alcuni liquidi ionici sono progettati per fungere da agenti anticorrosivi per superfici metalliche esposte ad ambienti chimici aggressivi.

Prodotti farmaceutici e biotecnologie
I liquidi ionici si sono rivelati molto promettenti nei settori farmaceutico e biotecnologico grazie alla loro capacità di stabilizzare le biomolecole e migliorare la solubilità dei farmaci.

Formulazione e somministrazione dei farmaci: gli IL possono migliorare la solubilità e la biodisponibilità di farmaci scarsamente solubili. Alcuni IL mostrano anche attività antimicrobica o antinfiammatoria.

Reazioni enzimatiche: la biocatalisi nei liquidi ionici consente agli enzimi di operare in ambienti non acquosi, spesso migliorando la stabilità e la selettività.

Estrazione dell'acido nucleico: alcuni IL possono essere utilizzati nei protocolli di estrazione di RNA e DNA, offrendo elevata purezza e resa.

Trattamento ambientale e dei rifiuti
La sintonizzabilità e la selettività dei liquidi ionici li rendono ideali per la bonifica ambientale e il controllo dell'inquinamento.

Cattura della CO₂: i liquidi ionici specifici per attività (TSIL) sono studiati appositamente per l'assorbimento dell'anidride carbonica, offrendo un'alternativa potenzialmente a minore consumo energetico rispetto ai sistemi convenzionali a base di ammine.

Rimozione dei metalli pesanti: gli IL possono legarsi selettivamente con ioni di metalli pesanti come piombo, cadmio o mercurio, rendendoli utili nel trattamento delle acque reflue.

Sostituzione dei solventi: grazie alla loro bassa volatilità, i liquidi ionici sono considerati sostituti più rispettosi dell'ambiente dei solventi organici volatili (COV), contribuendo a processi di produzione più ecologici.

Scienza dei polimeri e dei materiali
I liquidi ionici vengono integrati in materiali avanzati per varie applicazioni ad alte prestazioni.

Elettroliti polimerici: sono incorporati in matrici polimeriche per creare membrane conduttrici di ioni da utilizzare in batterie, celle a combustibile o sensori.

Materiali compositi: gli IL possono essere incorporati nei compositi per migliorare le proprietà termiche e meccaniche o fornire capacità di autoriparazione.

Sintesi di nanomateriali: i liquidi ionici fungono da mezzo per sintetizzare e stabilizzare nanoparticelle, nanobarre e altre nanostrutture con morfologia e dispersione controllate.

Lavorazione tessile e cellulosa
L'industria tessile ha mostrato interesse per i liquidi ionici per la loro capacità di dissolvere la cellulosa senza la necessità di sostanze chimiche aggressive.

Rigenerazione delle fibre: gli IL vengono utilizzati nella rigenerazione di fibre a base di cellulosa come viscosa e lyocell, offrendo metodi di produzione più sostenibili.

Tintura tessile: aiutano anche nei processi di tintura migliorando l'assorbimento del colorante e riducendo il consumo di acqua.

Industria nucleare
I liquidi ionici stanno guadagnando attenzione per il loro potenziale nel ritrattamento del combustibile nucleare e nel trattamento dei rifiuti grazie alla loro resistenza alle radiazioni e selettività per gli ioni radioattivi.

Separazione degli attinidi: liquidi ionici specifici sono stati sviluppati per estrarre uranio, plutonio e altri attinidi dal combustibile nucleare esaurito.

Stabilità alle radiazioni: la loro stabilità chimica alle radiazioni ionizzanti li rende candidati idonei per l'uso in ambienti radioattivi.

I liquidi ionici rappresentano una svolta nella chimica industriale, offrendo una combinazione unica di proprietà che i solventi e i materiali tradizionali non possono facilmente eguagliare. Dal servire come solventi verdi nella sintesi chimica al funzionare come elettroliti avanzati nei sistemi energetici, gli IL stanno ridefinendo gli standard in più settori. Le loro strutture sintonizzabili aprono possibilità quasi illimitate di personalizzazione, rendendoli uno strumento prezioso nella ricerca di processi industriali più puliti, più efficienti e più sostenibili. Man mano che la ricerca continua e la disponibilità commerciale si espande, si prevede che la portata dei liquidi ionici nell'industria crescerà ulteriormente nei prossimi anni.