Gabriela Alvarez, Elizabeth Castro, Hans Murzi, Antonio Crdenas
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Emulsiones Múltiples
Gabriela Alvarez, Elizabeth Castro, HansMurzi, Antonio Cárdenas
Laboratorio de Mezclado, Separación ySíntesis Industrial
Escuela de Ingeniería QuímicaUniversidad de los Andes
Email: [email protected]
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¿Qué es una emulsión?
Una emulsión es una dispersión de un líquido en otro.
O/W W/O
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Requisitos para formar una emulsión estable
• Dos líquidos inmiscibles• Agentes surfactantes• Agitación
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Emulsión MúltipleUna emulsión múltiple que se caracteriza porque la fase dispersa (gotas) tienen a su vez glóbulos en su interior. Las fases externa y los glóbulos
son miscibles.
Las emulsiones múltiples pueden serde dos tipos:
Agua/Aceite/Agua W1/O/W2Aceite/agua/Aceite O1/W/O2
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PreparaciónMétodo de dos pasos
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PreparaciónMétodo de inversión
de emulsiones
Porcentaje de agua
Des
viac
ión
de la
form
ulac
ión
optim
a
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¿Emulsiones múltiples? ¿Membranas?
En las emulsiones múltiples los glóbulos internos están separados de la fase externa por una barrera inmiscible, que eventualmente puede actuar como
una membrana líquida.
Fase Externa
MembranaGlóbulo interno
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Tipos de Membranas Líquidas
• Membrana líquida tipo “bulk”. Este tipo de membranas un líquido se pone en contacto con dos fases inmiscibles con él.
O1
W
O2
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Tipos de Membranas Líquidas• Membrana líquida emulsionada. Es una
emulsión múltiple.• Membrana líquida soportada. La membrana
consiste en un líquido inmiscible con dos fases que se encuentra en los poros de un soporte.
Fase 1 Fase 2
Membrana líquida
Soporte
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Fotografía de una emulsión múltiple
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Emulsiones Múltiples
Tienen una enorme área superficial, lo que favorece la
transferencia de masa(1000 a 3000 m2/m3)
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Aplicaciones de las Emulsiones Múltiples
• Separación de compuestos. La membrana se utiliza para separar (e incluso concentrar) compuestos.
• Liberación controlada. Se libera un componente desde la fase interna hacia la externa en forma controlada.
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AplicacionesAplicacionesIngeniería Química− Separación de mezclas de hidrocarburos (Li,
1960-1970)
AB
AB
Gota de agua ensurfactante
Alimentación (Solución de A/B)
Producto rico en A
Separador de solventey producto permeado
Producto rico en B
Fase de gotas que han coalescido
Fase solvente
Solución acuosa de surfactantes
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AplicacionesAplicaciones− Separación de fenol
Reactivo (W1)
Fase Aceite, componentes de lamembrana, aceite + surfactante
Fase (W1)Desemulsificador
Emulsiónde reciclar
Agua tratada sin FenolSeparador
Alimentacióncontaminada
con fenol (W2)
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Separación del Fenol
Fase Externa:Agua + Fenol
Membrana:Aceite en elcual es solubleel fenol
Glóbulo interno:Solución de NaOH
C6H5OH + NaOH C6H5O-Na+ + H2O
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− Recuperación de Zinc de los efluentes de una planta textil
Agua de desecho (500 ppm)
Emulsión W1/O
Refinado (3 ppm)
Fase despojadora (W1)
Torr
e d e
des
poja
mie
nto
H
Separador
Fase acuosa rica en zinc (60 g/L)
Aplicaciones
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Aplicaciones Industriales
• Remoción de Zn de los efluentes de una planta textilera en Lenzing AG, Austria. Lleva el efluente de 500 ppm a menos de 3 ppm.
• Remoción de fenol de la planta de plásticos Nanchung Plastic Factory, Guangzhou, China. Esta reduce el contenido de fenol de 1000 ppm a menos de 0,5 ppm.
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Aplicaciones Potenciales
• Separaciones en bioquímica: aminoácidos, ácidos propiónico y acético, extracción del ácido cítrico, recuperación de ácido láctico, remoción del colesterol de la sangre, etc.
• Separación de amoníaco.• Sustitutos de la sangre.• Recuperación de metales pesados.• Límite: la imaginación.
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Transportadores
Toda membrana debe ser selectiva y permeable. En algunos casos, los
compuestos a separar no son solubles en las membranas y es necesario que compuestos
específicos los solubilicen y los transporten; estos son los ‘transportadores’.
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Transportadores
• Le dan selectividad a la membrana, al ser específicos hacia ciertos compuestos, como por
ejemplo los éter coronas con los metales alcalinos. En general son agentes acomplejantes
con una constante de formación moderada.• Son compuestos solubles en la fase membrana y
poco solubles en las otras dos fases. Esto para evitar pérdidas importantes de transportador.
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Tipos de transportadores
• Aminas• Fosfatos, por ejemplo el ácido bis 2 etil
hexyl fosfórico• Acidos carboxílicos• Eter coronas• Tio-éteres
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Tipos de transportadores
CH3
CH3
CH3-C-CH2-CH-CH2
CH3
CH3
CH3-C-CH2-CH-CH2
P
O
OH
CYANEX 272
nHLorg + Maq ------------- MLorg + nHaqn+ +
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Tipos de transportadores
O
O
O
OO
Eter Corona
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Mecanismo de transporte
membrana
Gradiente de concentración y selectividad de la membrana
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Mecanismo de transporte
membrana
Gradiente de concentración y selectividad de la membranacon reacción en la fase interna
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Mecanismo de transporte
Transportador
membrana
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Mecanismo de transporte
• Fuerza impulsora: gradiente de concentración• Permite el transporte de ciertos componentes en
contra de su gradiente de concentración a consta del potencial suministrado por otros componentes. Permite la concentración de compuestos.
• Se debe mantener siempre la electroneutralidaddel sistema.
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Liberación Controlada
En la liberación controlada, los compuestos que están en la fase
interna de la emulsión múltiple se dejan salir de forma planificada.
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Liberación Controlada. Aplicaciones
– liberación controlada de medicamentos– liberación de ciertos reactivos en
reacciones químicas, para controlar la reacción
– encapsulación de ácidos a ser inyectados en pozos productores de petróleo para su posterior liberación “in situ”
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Aplicaciones
• Liberación controlada de Rifampicina de un sistema W/O/W Usado en tratamiento de tuberculosis, requiriendo de altas dosis durante 4-6 meses.
• Liberación de Naltrexona y timol para el tratamiento de los opio-dependientes.
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Aplicaciones
• Liberación controlada de vitamina B12
Concentración
tiempo
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Problemas Potenciales
• Hinchamiento, los glóbulos crecen y pueden incluso romperse. (Castro, E., Cárdenas, A., Interciencia, vol 28, N° 9, 2003)
• Estabilidad, en algunos casos se requieren emulsiones estables, en otros no. Esto puede ser un problema en algunas aplicaciones.
• Pérdida de transportador, siempre es un factor negativo.
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Estabilidad
Esta relacionada con el rompimiento de las emulsiones múltiples, es decir, que la fase interna se pierda hacia la
fase continua externa.
Hay muchos mecanismos que contribuyen con el rompimiento de las emulsiones, dos de ellos son la
diferencia de presión osmótica y la agitación mecánica.
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Presión Osmótica
La diferencia de presión osmótica hace que exista un transportede agua, hacia o desde las gotas internas. En el primer caso las gotas
se hinchan y pueden llegar a romperse.
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Porcentaje de rompimiento de una emulsión múltiple en función de la concentración de sal en la fase interna (W1).
0
10
20
30
40
50
60
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Tiempo (min)
% R
ompi
mie
nto
0,5 % NaCl 2,5 % NaCl 10 % NaCl
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Comportamiento reológico de las emulsiones múltiples para diferentes espesores de membrana. Fase interna 2,5% NaCl
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Tiempo (min)
Visc
osid
ad (c
P)
W1/O: 50/50, W2 1% tween W1/O: 30/70, W2 1% tweenW1/O: 60/40, W2 1% tween
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Efecto de la relación W1/O en el porcentaje de rompimiento de la emulsión múltiple con
0.5% de NaCl y n-heptano como fase
oleica. 0
20
40
60
80
0 60 120 180 240 300 360
Tiempo (min)% d
e ro
mpi
mie
nto
W1/O = 60/40 W1/O = 50/50
W1/O = 30/70
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Efecto de la relación Efecto de la relación W1/O en el porcentaje de W1/O en el porcentaje de
rompimiento de la rompimiento de la emulsión múltiple con emulsión múltiple con
0.5% de 0.5% de NaClNaCl y ny n--heptanoheptano como fase oleica como fase oleica
((μμ = 0.51 cp)= 0.51 cp)..
Efecto de la relación Efecto de la relación W1/O en el porcentaje de W1/O en el porcentaje de
rompimiento de la rompimiento de la emulsión múltiple con emulsión múltiple con
0.5% de 0.5% de NaClNaCl y ny n--heptanoheptano + parafina como + parafina como fase oleica (fase oleica (μμ = 10 cp)= 10 cp)..
0
20
40
60
80
0 60 120 180 240 300 360
Tiempo (min)% d
e ro
mpi
mie
nto
W1/O = 60/40 W1/O = 50/50
W1/O = 30/70
0
20
40
60
80
100
0 60 120 180 240
Tiempo (min)% d
e R
ompi
mie
nto
30 / 70 50 / 50 60 / 40
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Influencia de la composición de la membrana
![Page 40: Gabriela Alvarez, Elizabeth Castro, Hans Murzi, Antonio Crdenas](https://reader030.fdocuments.ec/reader030/viewer/2022021007/62039640da24ad121e4b2376/html5/thumbnails/40.jpg)
Influencia de la composición de la membrana
![Page 41: Gabriela Alvarez, Elizabeth Castro, Hans Murzi, Antonio Crdenas](https://reader030.fdocuments.ec/reader030/viewer/2022021007/62039640da24ad121e4b2376/html5/thumbnails/41.jpg)
Efecto de la agitación sobre el rompimiento de la emulsión múltiple.
0
1
2
3
4
5
6
7
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Tiempo (min)
Visc
osid
ad (c
P)
2,5 % NaCl (350 rpm) 2,5 % NaCl (500 rpm)2,5 % NaCl (650 rpm) 2,5 % NaCl (275 rpm)
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Otra forma de producir emulsiones múltiples
Producción de emulsiones sencillas utilizando membranas. En la figura a se observa la emulsificación directa, en la b se homogeniza y cambia el tamaño de gota de una emulsiónya producida y en la figura c se invierte una emulsión pre-fabricada.
G.T. Vladisavljevic´, R.A. Williams / Advances in Colloid and Interface Science 113 (2005) 1–20
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Otra forma de producir emulsiones múltiples
S. van der Graaf et al. / Journal of Membrane Science 251 (2005) 7–15
Formación de las emulsionesmúltiples utilizando membranas
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Otra forma de producir emulsiones múltiples
S. van der Graaf et al. / Journal of Membrane Science 251 (2005) 7–15
Se homogeniza el tamañode una emulsión múltiplemediante filtracionessucesivas
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Laboratorio de Mezclado, Separación y Síntesis Industrial (LMSSI)
Escuela de Ingeniería QuímicaFacultad de Ingeniería
Universidad de los AndesAv. Don Tulio Febres
MéridaEmail: [email protected]
[email protected]él: 0274-2402955
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Muchas Gracias por su Atención