Floculación
Proceso por el cual las partículas coloidales salen de la suspensión para precipitar en forma de flóculos o copos.
Definición de la IUPAC [1]

Floculación (en la ciencia de los polímeros) : Formación reversible de agregados en la que las partículas no están en contacto físico.

Aglomeración (excepto en la ciencia de los polímeros)
Coagulación (excepto en la ciencia de los polímeros)
Floculación (excepto en la ciencia de los polímeros)
Proceso de contacto y adhesión mediante el cual las moléculas o partículas dispersas se mantienen unidas por interacciones físicas débiles que finalmente conducen a la separación de fases mediante la formación de precipitados de tamaño mayor que el coloidal.

  • A diferencia de la agregación, la aglomeración es un proceso reversible.
  • La definición propuesta aquí es recomendable para distinguir la aglomeración de la agregación. Las partículas que componen los aglomerados pueden dispersarse nuevamente.
  • Esta cita es del Libro Púrpura (Compendio de Terminología y Nomenclatura de Polímeros: Recomendaciones de la IUPAC, 2008). [2]
Vídeo de velocidad 4x de la sedimentación de flóculos después de agregar polímeros floculantes durante una prueba de jarra .

En química coloidal , la floculación es un proceso por el cual las partículas coloidales salen de la suspensión para sedimentarse en forma de flóculos o copos, ya sea de manera espontánea o debido a la adición de un agente clarificante . La acción difiere de la precipitación en que, antes de la floculación, los coloides están simplemente suspendidos, bajo la forma de una dispersión estable (donde la fase interna (sólida) se dispersa por toda la fase externa (fluida) mediante agitación mecánica) y no están verdaderamente disueltos en solución .

La coagulación y la floculación son procesos importantes en la fermentación y el tratamiento del agua. La coagulación tiene como objetivo desestabilizar y agregar partículas a través de interacciones químicas entre el coagulante y los coloides, y la floculación tiene como objetivo sedimentar las partículas desestabilizadas provocando su agregación en flóculos. [ aclaración necesaria ]

Definición del término

Según la definición de la IUPAC , la floculación es "un proceso de contacto y adhesión mediante el cual las partículas de una dispersión forman cúmulos de mayor tamaño". Floculación es sinónimo de aglomeración y coagulación/ coalescencia . [3] [4]

Básicamente, la coagulación es un proceso de adición de coagulante para desestabilizar una partícula cargada estabilizada. Mientras tanto, la floculación es una técnica que promueve la aglomeración y ayuda a la sedimentación de las partículas. El coagulante más comúnmente utilizado es el alumbre , Al2 ( SO4 ) 3 · 14H2O .

La reacción química implicó:

Al 2 (SO 4 ) 3 · 14 H 2 O → 2 Al(OH) 3 (s) + 6 H + + 3 SO2−
4+ 8H2O​

Durante la floculación, la mezcla suave acelera la velocidad de colisión de partículas y las partículas desestabilizadas se agregan y se enredan aún más para formar precipitados más grandes. La floculación se ve afectada por varios parámetros, entre ellos, la fuerza de corte y la intensidad de la mezcla, el tiempo y el pH . El producto de la intensidad de la mezcla y el tiempo de mezcla se utiliza para describir los procesos de floculación.

Prueba de jarra

El proceso mediante el cual se selecciona la dosis y la elección del floculante se denomina prueba de jarra. El equipo utilizado para la prueba de jarra consiste en uno o más vasos de precipitados, cada uno equipado con un mezclador de paletas. Después de la adición de floculantes, se produce una mezcla rápida, seguida de una mezcla lenta y, más tarde, el proceso de sedimentación. A continuación, se pueden tomar muestras de la fase acuosa en cada vaso de precipitados. [5]

Aplicaciones

Química de superficies

En química coloidal , la floculación se refiere al proceso por el cual las partículas finas se agrupan formando un flóculo. El flóculo puede flotar en la superficie del líquido (formación de crema), asentarse en el fondo del líquido ( sedimentación ) o filtrarse fácilmente del líquido. El comportamiento de floculación de los coloides del suelo está estrechamente relacionado con la calidad del agua dulce. La alta dispersabilidad de los coloides del suelo no solo causa directamente la turbidez del agua circundante, sino que también induce la eutrofización debido a la adsorción de sustancias nutritivas en ríos y lagos e incluso en barcos bajo el mar.

Química física

En el caso de las emulsiones , la floculación describe la agrupación de gotitas dispersas individuales, sin que las gotitas individuales pierdan su identidad. [6] La floculación es, por tanto, el paso inicial que conduce a un mayor envejecimiento de la emulsión (coalescencia de las gotitas y separación final de las fases). La floculación se utiliza en el tratamiento de minerales, [7] pero también se puede utilizar en el diseño de propiedades físicas de productos alimentarios y farmacéuticos. [8]

Diagnóstico médico

En un laboratorio médico , la floculación es el principio central utilizado en varias pruebas de diagnóstico, por ejemplo, la prueba rápida de reagina plasmática . [9]

Ingeniería civil/ciencias de la tierra

En ingeniería civil y en ciencias de la tierra , la floculación es una condición en la que las arcillas , polímeros u otras partículas pequeñas cargadas se adhieren y forman una estructura frágil , un flóculo. En lodos de arcilla dispersa , la floculación ocurre después de que cesa la agitación mecánica y las plaquetas de arcilla dispersas forman flóculos espontáneamente debido a las atracciones entre las cargas negativas de la cara y las cargas positivas del borde.

Biología

La floculación se utiliza en aplicaciones biotecnológicas junto con la microfiltración para mejorar la eficiencia de los alimentos biológicos. La adición de floculantes sintéticos al biorreactor puede aumentar el tamaño medio de las partículas, lo que hace que la microfiltración sea más eficiente. Cuando no se añaden floculantes, se forman y acumulan tortas que provocan una baja viabilidad celular. Los floculantes con carga positiva funcionan mejor que los de carga negativa, ya que las células suelen estar cargadas negativamente. [10]

Industria del queso

La floculación se emplea ampliamente para medir el progreso de la formación de la cuajada en las etapas iniciales de la elaboración del queso para determinar cuánto tiempo debe reposar la cuajada. [11] La reacción que involucra a las micelas del cuajo se modela mediante la cinética de Smoluchowski . [11] Durante la formación del cuajo en la leche, las micelas pueden aproximarse entre sí y flocular, un proceso que involucra la hidrólisis de moléculas y macropéptidos. [12]

La floculación también se utiliza durante el tratamiento de aguas residuales del queso . Se utilizan principalmente tres coagulantes diferentes: [13]

Fabricación de cerveza

En la industria cervecera, la floculación tiene un significado diferente. Es un proceso muy importante en la fermentación durante la producción de cerveza, donde las células forman flóculos macroscópicos. Estos flóculos hacen que la levadura sedimente o suba a la parte superior de una fermentación al final de la misma. Posteriormente, la levadura se puede recolectar (recortar) de la parte superior ( fermentación ale ) o de la parte inferior ( fermentación lager ) del fermentador para reutilizarla para la siguiente fermentación.

La floculación de la levadura está parcialmente determinada por la concentración de calcio, que suele estar en el rango de 50 a 100 ppm. [14] Se pueden añadir sales de calcio para provocar la floculación, o se puede revertir el proceso eliminando el calcio añadiendo fosfato para formar fosfato de calcio insoluble, añadiendo sulfato en exceso para formar sulfato de calcio insoluble o añadiendo EDTA para quelar los iones de calcio. Aunque parece similar a la sedimentación en dispersiones coloidales, los mecanismos son diferentes. [15]

Proceso de tratamiento de agua

Proceso de coagulación-floculación en un sistema de tratamiento de agua

La floculación y la sedimentación se emplean ampliamente en la purificación de agua potable , así como en el tratamiento de aguas residuales , tratamiento de aguas pluviales y tratamiento de corrientes de aguas residuales industriales. Los procesos de tratamiento típicos consisten en rejillas, coagulación, floculación, sedimentación, filtración granular y desinfección. [16] A medida que la demanda de soluciones ecológicas en el proceso de floculación continúa creciendo, los biopolímeros están surgiendo como una solución prometedora. Entre estos, el quitosano se destaca por sus propiedades excepcionales, lo que lo convierte en un contendiente superior en este esfuerzo consciente del medio ambiente. [17] El quitosano no solo es biodegradable, sino que también exhibe una capacidad única para unirse con una amplia gama de contaminantes, incluidos metales pesados ​​​​y contaminantes orgánicos, eliminándolos eficazmente de las fuentes de agua. [18] La floculación proporciona resultados prometedores para eliminar partículas finas y tratar la escorrentía de aguas pluviales de los proyectos de construcción de transporte, pero no se utilizan en la mayoría de los departamentos de transporte estatales en los EE. UU. Esto puede deberse a restricciones regulatorias o una guía insuficiente para los requisitos de muestreo de suelo a la luz de las características cambiantes del suelo. Los estados que deben alcanzar un límite numérico de turbidez están más inclinados a utilizar floculantes para garantizar el nivel adecuado de tratamiento. [19]

Desfloculación

La desfloculación es lo opuesto a la floculación, a veces conocida como peptización . El silicato de sodio ( Na2SiO3 ) es un ejemplo típico. Por lo general, en rangos de pH más altos , además de la baja fuerza iónica de las soluciones y el predominio de cationes metálicos monovalentes , las partículas coloidales se pueden dispersar. [20] El aditivo que evita que los coloides formen flóculos se llama desfloculante. Para la desfloculación impartida a través de barreras electrostáticas, la eficacia de un desfloculante se puede medir en términos de potencial zeta . Según el Diccionario enciclopédico de polímeros, la desfloculación es " un estado o condición de una dispersión de un sólido en un líquido en el que cada partícula sólida permanece independiente y no asociada con partículas adyacentes (muy parecido a un emulsionante ). Una suspensión desfloculada muestra un valor de rendimiento cero o muy bajo". [20]

La desfloculación puede ser un problema en las plantas de tratamiento de aguas residuales, ya que comúnmente causa problemas con la sedimentación de lodos y el deterioro de la calidad del efluente .

Véase también

Referencias

  1. ^ Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V.; Gilbert, Robert G.; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G.; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert FT (2011). "Terminología de polímeros y procesos de polimerización en sistemas dispersos (Recomendaciones IUPAC 2011)" (PDF) . Química Pura y Aplicada . 83 (12): 2229–2259. doi :10.1351/PAC-REC-10-06-03. S2CID  96812603. Archivado desde el original (PDF) el 2013-10-20 . Consultado el 2013-07-27 .
  2. ^ Richard G. Jones; Edward S. Wilks; W. Val Metanomski; Jaroslav Kahovec; Michael Hess; Robert Stepto; Tatsuki Kitayama, eds. (2009). Compendio de terminología y nomenclatura de polímeros (Recomendaciones de la IUPAC 2008) "El libro púrpura" (2.ª ed.). RSC Publishing. ISBN 978-0-85404-491-7.
  3. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª edición (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "flocculation". doi :10.1351/goldbook.F02429
  4. ^ Hubbard, Arthur T. (2004). Enciclopedia de la ciencia de superficies y coloides. CRC Press. pág. 4230. ISBN 978-0-8247-0759-0. Consultado el 13 de noviembre de 2007 .
  5. ^ Control operativo de los procesos de coagulación y filtración (M37): Manual de prácticas de la AWWA. Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas. 1 de junio de 2011. ISBN 978-1583218013.
  6. ^ Adamson AW y Gast AP (1997) "Química física de superficies", John Wiley and Sons.
  7. ^ Investigación de las leyes de floculación selectiva de carbones con látex sintéticos / PV Sergeev, VS Biletskyy // ICCS'97. 7–12 de septiembre de 1997, Essen, Alemania. V. 1. págs. 503–506.
  8. ^ Fuhrmann, Philipp L.; Sala, Guido; Stieger, Markus; Scholten, Elke (1 de agosto de 2019). "Agrupamiento de gotas de aceite en emulsiones o/w: control del tamaño del agrupamiento y la fuerza de interacción". Food Research International . 122 : 537–547. doi : 10.1016/j.foodres.2019.04.027 . ISSN  0963-9969. PMID  31229109.
  9. ^ Arora, Satyam; Doda, Veena; Rani, Sunita; Kotwal, Urvershi (2015). "Prueba rápida de reagina plasmática: alta positividad falsa o marcador importante de conducta de alto riesgo". Revista asiática de ciencia transfusional . 9 (1): 109. doi : 10.4103/0973-6247.150979 . ISSN  0973-6247. PMC 4339923 . PMID  25722593. 
  10. ^ Han, Binbing; Akeprathumchai, S.; Wickramasinghe, SR; Qian, X. (1 de julio de 2003). "Floculación de células biológicas: experimento frente a teoría". AIChE Journal . 49 (7): 1687–1701. Bibcode :2003AIChE..49.1687H. doi :10.1002/aic.690490709. ISSN  1547-5905.
  11. ^ ab Fox, Patrick F. (1999). Queso, volumen 1: química, física y microbiología (2.ª ed.). Gaithersburg, Maryland : Aspen Publishers. págs. 144-150. ISBN 978-0-8342-1378-4.
  12. ^ Fox, Patrick F. (2004). Queso: química, física y microbiología (3.ª ed.). Elsevier. pág. 72. ISBN 978-0-12-263653-0.
  13. ^ Rivas, Javier; Prazeres, Ana R.; Carvalho, Fatima; Beltrán, Fernando (14 de julio de 2010). "Tratamiento de aguas residuales de suero de queso: coagulación-floculación combinada y biodegradación aeróbica". Journal of Agricultural and Food Chemistry . 58 (13): 7871–7877. doi :10.1021/jf100602j. hdl : 20.500.12207/540 . ISSN  0021-8561. PMID  20557068.
  14. ^ Brungard, Martin (20 de febrero de 2018). "Conocimiento del agua". Bru'n Water .
  15. ^ Jin, YL.; Speers, RA. (1999). "Floculación en Saccharomyces cerevisiae". Res. alimentaria. Int . 31 (6–7): 421–440. doi :10.1016/S0963-9969(99)00021-6.
  16. ^ Beverly, Richard P (17 de abril de 2014). "Supervisión y evaluación del proceso de tratamiento del agua". Knovel . Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas (AWWA) . Consultado el 14 de octubre de 2015 .
  17. ^ Lamanna, Leonardo; Giacoia, Gabriele; Friuli, Marco; Leona, Gabriella; Carlucci, Nicola; Russo, Fabricio; Sannino, Alessandro; Demitri, cristiano (13 de junio de 2023). "Floculación en emulsión de aceite y agua mediante desolubilización de quitosano impulsada por la variación del pH". ACS Omega . 8 (23): 20708–20713. doi :10.1021/acsomega.3c01257. ISSN  2470-1343. PMC 10268613 . PMID  37332801. 
  18. ^ Pal, Preeti; Pal, Anjali; Nakashima, Kazunori; Yadav, Brijesh Kumar (1 de marzo de 2021). "Aplicaciones del quitosano en la remediación ambiental: una revisión". Chemosphere . 266 : 128934. Bibcode :2021Chmsp.26628934P. doi :10.1016/j.chemosphere.2020.128934. ISSN  0045-6535. PMID  33246700.
  19. ^ Kazaz, Billur (julio de 2021). "Análisis del estado de la práctica sobre el uso de floculantes para la gestión de aguas pluviales en la construcción en los Estados Unidos". Transportation Research Record . 2675 (7) – vía Sage.
  20. ^ ab Gooch, Jan W., ed. (1 de enero de 2007). "Desfloculación". Diccionario enciclopédico de polímeros . Springer Nueva York. pág. 265. doi :10.1007/978-0-387-30160-0_3313. ISBN 978-0-387-31021-3.

Lectura adicional

  • John Gregory (2006), Partículas en el agua: propiedades y procesos , Taylor & Francis, ISBN 1-58716-085-4 
  • John C. Crittenden, R. Rhodes Trussell, David W. Hand, Kerry J. Howe, George Tchobanoglous (2012), Tratamiento del agua de MWH: principios y diseño, tercera edición , John Wiley & Sons, ISBN 978-0-470-40539-0 
Obtenido de "https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Floculación&oldid=1254382453"