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]
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 ]
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:
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.
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]
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.
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]
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]
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.
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]
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 implica 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]
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 en 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]
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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. Para el agua potable, los procesos de tratamiento típicos consisten en rejillas, coagulación, floculación, sedimentación, filtración granular y desinfección. [16] Los pasos de coagulación y floculación son similares, provocando que las partículas se agreguen y se caigan de la solución, pero pueden utilizar diferentes productos químicos o movimiento físico del agua. [17] Se puede agregar una variedad de sales para ajustar el pH y actuar como agentes clarificantes , dependiendo de la química del agua. Estos incluyen hidróxido de sodio , hidróxido de calcio , sulfato de aluminio , óxido de aluminio , sulfato férrico , cloruro férrico , aluminato de sodio , con ayudas floculantes cloruro de polialuminio , cloruro poliférrico . [17] También se utilizan una variedad de polímeros catiónicos , aniónicos y no iónicos , típicamente con un peso molecular por debajo de 500.000. [17] El cloruro de polidialildimetilamonio (poliDADMAC) y el epiDMA (un copolímero de epiclorhidrina y dimetilamina ) son opciones comunes, aunque pueden producir nitrosaminas cancerígenas . [17] La arena, el carbón activado en polvo y la arcilla también se pueden utilizar como agentes nucleantes ; en algunos casos, estos se reutilizan después de la extracción. [17]
Los biopolímeros, especialmente el quitosano , son cada vez más populares como floculantes respetuosos con el medio ambiente. [18] El quitosano no solo es biodegradable, sino que también muestra una capacidad única para unirse a una amplia gama de contaminantes, incluidos metales pesados y contaminantes orgánicos, eliminándolos eficazmente de las fuentes de agua. [19]
La floculación ofrece resultados prometedores para eliminar partículas finas y tratar las escorrentías de aguas pluviales de los proyectos de construcción de transporte, pero la mayoría de los departamentos de transporte estatales de los EE. UU. no la utilizan. Esto puede deberse a restricciones regulatorias o a una orientación insuficiente para los requisitos de muestreo de suelo a la luz de las características cambiantes del suelo. Los estados que deben lograr un límite numérico de turbidez son más propensos a utilizar floculantes para garantizar el nivel adecuado de tratamiento. [20]
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. [21] 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". [21]
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 .