La desgasificación , también conocida como desgasificación , es la eliminación de gases disueltos de líquidos , especialmente agua o soluciones acuosas. Existen numerosos métodos para eliminar gases de líquidos.
Los gases se eliminan por diversas razones. Los químicos eliminan gases de los disolventes cuando los compuestos en los que trabajan son posiblemente sensibles al aire o al oxígeno ( técnica sin aire ), o cuando la formación de burbujas en las interfaces sólido-líquido se convierte en un problema. La formación de burbujas de gas cuando se congela un líquido también puede ser indeseable, siendo necesaria una desgasificación previa.
La solubilidad de un gas obedece a la ley de Henry , es decir, la cantidad de un gas disuelto en un líquido es proporcional a su presión parcial . Por lo tanto, colocar una solución a presión reducida hace que el gas disuelto sea menos soluble. La sonicación y agitación a presión reducida normalmente pueden mejorar la eficiencia. Esta técnica suele denominarse desgasificación al vacío . Las cámaras de vacío especializadas, llamadas desgasificadores de vacío , se utilizan para desgasificar materiales mediante la reducción de presión.
En términos generales, un disolvente acuoso disuelve menos gas a mayor temperatura, y viceversa para los disolventes orgánicos (siempre que el soluto y el disolvente no reaccionen). En consecuencia, calentar una solución acuosa puede expulsar el gas disuelto, mientras que enfriar una solución orgánica tiene el mismo efecto. También son eficaces la ultrasónica y la agitación durante la regulación térmica. Este método no necesita aparatos especiales y es fácil de realizar. En algunos casos, sin embargo, el disolvente y el soluto se descomponen, reaccionan entre sí o se evaporan a alta temperatura y la velocidad de eliminación es menos reproducible .
Las membranas de separación gas-líquido dejan pasar el gas pero no el líquido. Hacer fluir una solución dentro de una membrana de separación gas-líquido y evacuarla al exterior hace que el gas disuelto salga a través de la membrana . Este método tiene la ventaja de poder evitar la redisolución del gas, por lo que se utiliza para producir disolventes muy puros. Las nuevas aplicaciones se encuentran en sistemas de inyección de tinta donde el gas en la tinta forma burbujas que degradan la calidad de impresión; se coloca una unidad de desgasificación antes del cabezal de impresión para eliminar el gas y evitar la acumulación de burbujas, manteniendo una buena inyección y calidad de impresión.
Los tres métodos anteriores se utilizan para eliminar todos los gases disueltos. A continuación se muestran métodos para una eliminación más selectiva.
Los procesadores de líquidos ultrasónicos son un método comúnmente utilizado para eliminar gases disueltos y/o burbujas de gas arrastradas de varios líquidos. La ventaja de este método es que la desgasificación ultrasónica se puede realizar en modo de flujo continuo, lo que lo hace adecuado para la producción a escala comercial. [1] [2] [3]
Hacer burbujear una solución con un gas de alta pureza (normalmente inerte) puede extraer gases disueltos no deseados (normalmente reactivos), como oxígeno y dióxido de carbono . Comúnmente se utilizan nitrógeno , argón , helio y otros gases inertes . Para maximizar este proceso llamado burbujeo , la solución se agita vigorosamente y se hace burbujear durante un largo tiempo. Debido a que el helio no es muy soluble en la mayoría de los líquidos, es particularmente útil para reducir el riesgo de burbujas en sistemas de cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC).
Si se debe eliminar el oxígeno, a veces resulta eficaz la adición de reductores . Por ejemplo, especialmente en el campo de la electroquímica , el sulfito de amonio se utiliza frecuentemente como reductor porque reacciona con el oxígeno para formar iones sulfato . Aunque este método sólo puede aplicarse al oxígeno e implica el riesgo de reducción del soluto, el oxígeno disuelto se elimina casi por completo. El radical cetilo del sodio y la benzofenona también se puede utilizar para eliminar oxígeno y agua de disolventes inertes como hidrocarburos y éteres; el disolvente desgasificado se puede separar por destilación . El último método es particularmente útil porque una alta concentración de radical cetilo genera un color azul intenso, lo que indica que el disolvente está completamente desgasificado.
En esta técnica a escala de laboratorio, el fluido que se va a desgasificar se coloca en un matraz Schlenk y se congela instantáneamente, generalmente con nitrógeno líquido . A continuación se aplica un vacío, quizás para alcanzar un vacío de 1 mm Hg (con fines ilustrativos). Se sella el matraz de la fuente de vacío y se deja que el disolvente congelado se descongele. A menudo, aparecen burbujas al derretirse. El proceso normalmente se repite un total de tres ciclos. [4] El grado de desgasificación se expresa mediante la ecuación (1/760) 3 para el caso de que la presión inicial sea de 760 mm Hg, el vacío sea de 1 mm Hg y el número total de ciclos sea tres. [5]
La levadura utiliza azúcar para producir alcohol y dióxido de carbono. En la elaboración del vino , el dióxido de carbono es un subproducto no deseado para la mayoría de los vinos. Si el vino se embotella rápidamente después de la fermentación , es importante desgasificar el vino antes de embotellarlo.
Las bodegas pueden saltarse el proceso de desgasificación si envejecen sus vinos antes del embotellado. Almacenar los vinos en barricas de acero o roble durante meses y, a veces, años permite que los gases se liberen del vino y escapen al aire a través de esclusas de aire.
El método más eficaz de desgasificación de aceite industrial es el procesamiento al vacío , que elimina el aire y el agua disueltos en el aceite. [6] Esto se puede lograr mediante:
Al vacío se consigue un equilibrio entre el contenido de humedad y aire (gases disueltos) en las fases líquida y gaseosa. El equilibrio depende de la temperatura y de la presión residual. Cuanto menor sea esa presión, más rápida y eficientemente se eliminarán el agua y el gas.
La desgasificación involuntaria puede ocurrir por varias razones, como la liberación accidental de metano ( CH 4 ) del fondo marino durante actividades humanas como la exploración submarina por parte de la industria energética . Los procesos naturales como el movimiento de las placas tectónicas también pueden contribuir a la liberación de metano del fondo del océano. En ambos casos, el volumen de CH 4 liberado puede contribuir significativamente al cambio climático . [7] [8]