La perstracción es un proceso de extracción de membrana, en el que dos fases líquidas se ponen en contacto a través de una membrana. La especie deseada en el alimento (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 de los extractantes y la formación de emulsiones. La perstracción se ha aplicado a muchos campos, incluida la fermentación, [1] el tratamiento de aguas residuales [2] y la producción de bebidas sin alcohol.
La perstracción es la 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, esto 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 llama perstracción única o perstracción de membrana. Una ventaja es minimizar el daño tóxico a los microorganismos o enzimas . Sin embargo, la perstracción incluye problemas como membranas costosas, obstrucción 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, se puede aplicar perstracción para eliminar el butanol de las proximidades 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 mayor afinidad por el butanol tienden a ser tóxicos para las bacterias. La aplicación de LLE también requeriría que el extractante se esterilice antes de su contacto con el caldo de fermentación. La perstracción puede superar estos problemas gracias a una membrana que separa el caldo de fermentación del extractante. Como técnica de recuperación de producto in situ para la perstracción por fermentación ABE aún se encuentra en sus etapas de desarrollo.
Una membrana aporta muchos elementos nuevos para la separación. Los aminoácidos se han separado mediante perstracción. [6] [7] Las membranas no solo separaron los extractantes y la solución primaria, sino que también fueron selectivas para los aminoácidos. Se utilizaron membranas cargadas. Entonces seleccionaron 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, mejores aminoácidos penetran en 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 extracción. [8] Se han patentado diferentes técnicas. [9] El más antiguo se publicó en 1990 y el más joven en 1998. En la década de 2000 se presentaron pocas solicitudes de patente, pero ninguna patente concedida. [10]
Se han concentrado compuestos orgánicos a través de una membrana a partir de aguas subterráneas. [8] El factor de concentración es de 1.000 a 10.000, lo que eleva las concentraciones de 0,1 ppb a entre 0,1 y 1,0 ppm. Además se ha analizado en tiempo real la concentración de un contaminante. La membrana es un polímero similar al polisulfano. El diámetro del orificio es de 300 µm y el espesor es de 30 µm.
Los productos farmacéuticos pasan por plantas depuradoras. Les gustan los conjugados de estrógenos que pueden causar problemas. Los fármacos de la investigación eran comunes, presentes en el medio acuático y con imposibilidad de ser eliminados adecuadamente por las plantas de tratamiento de aguas residuales . [11] Hubo siete medicamentos 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 740 μm y 680 μm y los diámetros internos fueron 570 μm y 500 μm. La agitación fue de 300 rpm. Los tiempos de equilibrio fueron 30, 50 y 90 minutos.
Dado que el sebacato de dibutilo y el ácido oleico tenían diferente afinidad por los fármacos, se utilizaron al mismo tiempo. [11] Se extrajeron eficazmente cuatro fármacos durante 40 a 50 minutos (se eliminó al menos el 50%). Las tasas de extracción no cambiaron significativamente por encima de 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 mediante extracción capsular. [12] La geldanamicina es hidrofóbica. El diámetro exterior de las partículas varió entre menos de 500 y 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 era la agitación y más delgada era la membrana de la cápsula, más rápida era la velocidad de transferencia.
Se extrajo geldanamicina 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 se saturó un extractante con ácido oleico. Sin embargo, la presencia de ácido oleico en la solución de retroextracción exigió más pasos de purificación (precipitación, centrifugación y filtración). Se eliminó el ácido oleico porque previene la cristalización de geldanamicina. Por lo tanto, se cristalizó geldanamicina y el producto final se purificó altamente.
Las enzimas pueden inmovilizarse en la membrana de la cápsula. [6] En este caso, el diámetro externo de la cápsula fue 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 podría realizarse mediante retroextracción del producto. La técnica se ha aplicado a la hidrólisis de la penicilina G.
Ósmosis : proceso mediante el cual las moléculas de disolvente se cruzan entre líquidos separados por una membrana.