La perstracción es un proceso de extracción por membrana, en el que dos fases líquidas se ponen en contacto a través de una membrana. La especie deseada en la alimentación (soluto) cruza selectivamente la membrana hacia la solución de extracción. La perstracción se desarrolló originalmente para superar las desventajas de la extracción líquido-líquido , por ejemplo, la toxicidad del extractante y la formación de emulsiones. La perstracción se ha aplicado a muchos campos, incluidos la fermentación [1] , el tratamiento de aguas residuales [2] y la producción de bebidas sin alcohol.
La perstracción es una técnica de separación desarrollada a partir de la extracción líquido-líquido. Debido a la presencia de la membrana, se puede utilizar una selección más amplia de extractantes, lo que puede incluir el uso de soluciones miscibles, por ejemplo, la recuperación de amoníaco de aguas residuales utilizando ácido sulfúrico. [3]
Este proceso es análogo a la pervaporación en algunos aspectos, pero el permeado está en fase líquida. La técnica de perstracción elimina por completo el problema de la dispersión y separación de fases. [4]
Una perstracción básica se denomina perstracción simple o perstracción de membrana. Una ventaja es que minimiza el daño tóxico a los microorganismos o enzimas . Sin embargo, la perstracción incluye problemas como membranas costosas, obstrucciones y ensuciamiento de las membranas. [5]
La perstracción se ha combinado con la fermentación ABE (acetona butanol etanol) para la producción de butanol. [1] El butanol es tóxico para la fermentación, por lo tanto, la perstracción se puede aplicar para eliminar el butanol de la proximidad de las bacterias tan pronto como se produce. La extracción líquido-líquido (LLE) se combinó con la fermentación ABE para la recuperación del producto in situ, pero los extractantes con la mayor afinidad por el butanol tienden a ser tóxicos para las bacterias. La aplicación de LLE también requeriría que el extractante se esterilice antes del contacto con el caldo de fermentación. La perstracción puede superar estos problemas debido a una membrana que separa el caldo de fermentación del extractante. Como técnica de recuperación de producto in situ para la fermentación ABE, la perstracción aún está en sus etapas de desarrollo.
Una membrana aporta muchos elementos nuevos para la separación. Los aminoácidos se han separado por perstracción. [6] [7] Las membranas no solo separaban los extractantes y la solución primaria, sino que también eran selectivas para los aminoácidos. Se utilizaron membranas cargadas. Por lo tanto, seleccionaban los aminoácidos por pKa. Además, la selectividad de una membrana se ve afectada por su espesor, diámetro de poro y potencial de carga. Cuanto más grande es el poro, mejor permean los aminoácidos a la membrana. Cuanto mayor es el potencial de carga, mayores son los efectos de rechazo electrostático. Cuanto más delgada es la membrana, menos selectiva es.
Los contaminantes pueden eliminarse de las aguas subterráneas mediante perstricción. [8] Se han patentado diferentes técnicas. [9] La más antigua se publicó en 1990 y la más reciente en 1998. En la década de 2000 se han presentado pocas solicitudes de patentes, pero ninguna patente concedida. [10]
Los compuestos orgánicos a través de una membrana se han concentrado a partir de aguas subterráneas. [8] El factor de concentración es de 1 000 a 10 000, lo que lleva las concentraciones de 0,1 ppb a entre 0,1 y 1,0 ppm. Además, la concentración de un contaminante se ha analizado en tiempo real. La membrana es de polisulfano tipo polímero. El diámetro del orificio es de 300 μm y el espesor es de 30 μm.
Los fármacos pasan por las plantas de tratamiento de aguas residuales. Al igual que los conjugados de estrógeno, pueden causar problemas. Los fármacos de la investigación eran comunes, estaban presentes en el medio acuático y no podían ser eliminados adecuadamente por las plantas de tratamiento de aguas residuales . [11] Se utilizaron siete fármacos diferentes en la investigación. El sebacato de dibutilo y el ácido oleico formaron núcleos líquidos en las cápsulas porque no se difunden fuera de las cápsulas y tienen afinidad por los fármacos. Los diámetros externos de las cápsulas fueron de 740 μm y 680 μm y los diámetros internos fueron de 570 μm y 500 μm. La agitación fue de 300 rpm. Los tiempos de equilibrio fueron de 30, 50 y 90 minutos.
Dado que el sebacato de dibutilo y el ácido oleico tenían diferente afinidad por los fármacos, se utilizaron simultáneamente. [11] Se extrajeron cuatro fármacos de manera eficaz durante 40 a 50 minutos (se eliminó al menos el 50 %). Las velocidades de extracción no cambiaron significativamente por encima de las 150 rpm. El espesor de la membrana no afectó significativamente el resultado. Por el contrario, el tamaño de la cápsula fue notable para la transferencia de masa.
Un antibiótico llamado geldanamicina se separó del medio por la perstracción capsular. [12] La geldanamicina es hidrófoba. El diámetro de partícula externa varió de menos de 500 a 750 μm. El alginato formó la cubierta de la cápsula y su espesor varió de 30 a 90 μm. El sebacato de dibutilo o el ácido oleico como núcleo líquido extrajeron bien la geldanamicina. Cuanto mayor fue la agitación y más delgada fue la membrana de la cápsula, mayor fue la velocidad de transferencia.
La geldanamicina se extrajo de nuevo de las cápsulas. [12] Las cápsulas de sebacato de dibutilo eran desechables porque el núcleo líquido salía de las cápsulas en la retroextracción. Por el contrario, el ácido oleico permaneció en las cápsulas durante la retroextracción cuando un extractante se saturó con ácido oleico. Sin embargo, la presencia de ácido oleico en la solución de retroextracción exigió más pasos de purificación (precipitación, centrifugación y filtración). El ácido oleico se eliminó porque evita la cristalización de la geldanamicina. Por lo tanto, la geldanamicina se cristalizó y el producto final fue altamente purificado.
Las enzimas se pueden inmovilizar en la membrana de la cápsula. [6] En este caso, el diámetro externo de la cápsula era de 500 μm y el diámetro interno de 300 μm. El producto de la reacción catalizada por enzimas se puede concentrar en cápsulas y la inhibición del producto final es baja. [13] El reciclaje de enzimas se puede realizar mediante la retroextracción del producto. La técnica se ha aplicado a la hidrólisis de la penicilina G.
Ósmosis : Proceso por el cual las moléculas de disolventes cruzan entre líquidos separados por una membrana.