LOS FLUIDOS SUPERCRÍTICOS COMO DISOLVENTES ALTERNATIVOS

Transcripción

1 LOS FLUIDOS SUPERCRÍTICOS COMO DISOLVENTES ALTERNATIVOS

2 Disolvente: Sustancia capaz de formar mezclas homogéneas con otra u otras sustancias (solutos) destruyendo la agregación de las partículas de esas sustancias

3 Disolventes en la Prehistoria: pinturas de Altamira Para algunos de los pigmentos los hombres prehistóricos emplearon disolventes: grasa animal, cola de pescado, sangre...

4 Disolventes convencionales: Distribución por sectores del uso de disolventes no clorados Fuente: ESIG

5 Disolventes convencionales: Toxicidad e inflamabilidad : Límite permitido de exposición (PEL): Concentración máxima de una sustancia química a la que un trabajador puede estar expuesto. Definición de la Occupational Safe and Health Administration de EE.UU. Punto de flash: Temperatura a la cual una fuente de ignición que se halle a 1 cm de la superficie del líquido causará su ignición.

6 Disolventes convencionales: Toxicidad e inflamabilidad : Disolvente PEL / ppm Punto flash/ o C Disolvente PEL / ppm Punto flash/ o C Acetona Metanol Hexano Isopropanol Pentano Tetrahidrofurano Heptano p-dioxano Acetonitrilo 40 2 Acetato de etilo Diclorometano 12,5 - Tolueno Cloroformo 50 - Xilenos Éter etílico Benceno 1-11 Etanol (absoluto) Dimetilformamid 10 58

7 Disolventes convencionales: Emisiones por sectores de compuestos orgánicos volátiles (COVs) Fuente: ESIG

8 Disolventes neotéricos: Neotérico: significa moderno, contemporáneo Son fluidos con propiedades modulables Algunos son empleados a gran escala mientras que otros están siendo investigados por sus usos potenciales como disolventes que permitirían una mayor sostenibilidad.

9 Disolventes neotéricos: Gases licuados Líquidos expandidos con gas Disolventes eutécticos Líquidos iónicos Fluidos supercríticos

10 Fluido supercrítico (SCF): Un fluido supercrítico es una sustancia que se encuentra a una presión superior a su presión crítica y a una temperatura superior a su temperatura crítica

11 Diagrama de fases: P c sólido líquido REGION SUPERCRITICA PC Presión PT gas Temperatura T c PT Punto Triple PC Punto Crítico Tc Temperatura Crítica Pc Presión Crítica

12 Algunas propiedades de las sustancias varían ampliamente en un rango extenso de temperaturas y presiones alrededor del punto crítico Densidad Viscosidad Difusividad Capacidad calorífica Conductividad térmica Constante dieléctrica

13 Los valores de ciertas propiedades de los fluidos supercríticos son intermedias entre las de los líquidos y las de los gases Magnitud Gas SCF Líquido Densidad (kg/m 3 ) Viscosidad (cp) Difusividad (mm 2 /s)

14 Comparación de los SCF con los líquidos La densidad es la propiedad responsable del poder disolvente de los fluidos

15 Comparación de los SCF con los líquidos La baja viscosidad dota a los fluidos supercríticos de una gran facilidad de transporte y de una velocidad de transferencia de masa más elevada La elevada difusividad y la tensión superficial prácticamente nulas permiten una mejor penetración en las matrices sólidas.

16 Principales campos de aplicación Extracción supercrítica (SFE): principalmente de productos naturales Tratamiento de materiales Medios de reacción

17 Esquema de una planta de extracción supercrítica

18 Propiedades críticas de varias sustancias: Fluido T. crítica [ C] P. crítica [bar] ρ crítica [kg/m 3 ] Etileno Xenón CO Etano NO Propano Amoníaco Propanol Metanol Agua Tolueno Fluido más utilizado en SFE: Dióxido de carbono

19 Ventajas del dióxido de carbono: Parámetros críticos accesibles Baja temperatura crítica: muy ventajosa para extraer productos naturales sin que ocurra degradación térmica Baja toxicidad: PEL = 5000 ppm No es inflamable Es bastante inerte desde el punto de vista químico Coste bajo: 3,7 euros/kg Desventaja principal del dióxido de carbono: No disuelve bien compuestos polares. Modificadores

20 El dióxido de carbono y la química verde: Es un disolvente inocuo y no inflamable. Conduce a procesos más seguros Los productos obtenidos suelen ser más seguros porque no hay residuos de disolvente Es un recurso abundante en la atmósfera y se puede considerar renovable (eliminando, por supuesto, el exceso de origen antropogénico)

21 El dióxido de carbono y la química verde: Handicap: es el causante del efecto invernadero y del calentamiento global del planeta El CO 2 no se produce específicamente para la SFE. No contribuye al aumento de la cantidad total en la atmósfera Si se recicla en el proceso, es una forma de secuestrar CO 2, si bien en pequeñas cantidades La situación ideal se presentaría si el CO 2 capturase directamente de la atmósfera. se

22 EL CO 2 SUPERCRÍTICO SE PUEDE CONSIDERAR COMO UN DISOLVENTE VERDE EN TODAS SUS APLICACIONES

23 Extracción a gran escala: Descafeínado de café y té Obtención de extracto de lúpulo para la industria cervecera

24 Planta de extracción a gran escala:

25 Proceso de descafeínado: Humidificación semillas de café Extracción cafeína con CO 2 supercrítico durante 10 horas Flujos de CO 2 con cafeína y de agua en contracorriente: la cafeína se disuelve en el agua Reciclado del CO 2 Recuperación de la cafeína

26 Extracción a menor escala Extracción de productos naturales Extracción de especias Extracción de aceites esenciales Extracción de productos de interés farmacológico Extracción de metales utilizando un agente quelante

27 Planta piloto de extracción supercrítica Grupo de Termodinámica Aplicada y Superficies (GATHERS)

28 Línea de investigación GATHERS: Optimización de los parámetros de extracción supercrítica de aceites esenciales de plantas aromáticas de la Comunidad Autónoma de Aragón. Colaboración con el Centro de Investigación de Tecnología Agroalimentaria (CITA) del Gobierno de Aragón Objetivo: valorización de plantas que necesitan muy poco agua (salvia, hisopo, ajenjo, menta...) con vistas a su posible cultivo en zonas ahora incultas.

29 Otras aplicaciones favorables al medio ambiente y a la sostenibilidad Pinturas y recubrimientos: eliminación de disolventes orgánicos y consiguiente emisión de COVs Recuperación de suelos contaminados Mejora en el aprovechamiento de pozos petrolíferos

30 Mejora del aprovechamiento de pozos petrolíferos Enhanced Oil Recovery (EOR)

31 Tratamiento de materiales Obtención de micro y nanopartículas Impregnación de polímeros Formación de espumas sólidas

32 Obtención de micro y nanopartículas Mediante CO 2 supercrítico se pueden obtener partículas de tamaños comprendidos entre 5 y 2000 nm Ventajas Se puede usar cuando los métodos físicos (molienda) no son aplicables. Permite la eliminación de disolventes orgánicos Gran precisión y flexibilidad Productos con mejores características

33 Obtención de micro y nanopartículas Comparación de la forma de las micropartículas de un producto Método mecánico Usando fluido supercrítico

34 Obtención de micro y nanopartículas Usos Productos farmacéuticos inhalables o poco solubles Catalizadores Polímeros y biopolímeros Intermedios químicos Tintes

35 Obtención de micro y nanopartículas Algunos métodos Expansión rápida de disoluciones supercríticas (RESS) Antidisolvente supercrítico (SAS) Partículas a partir de disoluciones saturadas de gas (PGSS) Despresurización de una disolución orgánica líquida expandida (DELOS)

36 Expansión rápida de disoluciones supercríticas (RESS) La expansión del fluido supercrítico provoca su evaporación y la consiguiente precipitación del soluto

37 CO 2 supercrítico como medio de reacción. Reacciones Hidrogenaciones Hidroformilaciones (procesos oxo ) Polimerizaciones Reacciones de Diels-Alder Reacciones de Friedel-Crafts

38 Otras aplicaciones de interés Limpieza Lavado en seco de tejidos Limpieza de componentes Microelectrónica Secado supercrítico Deposición de metales Formación de materiales dieléctricos Esterilización. Inactivación de microorganismos en alimentos, material sanitario, etc.

39 Agua supercrítica El agua en condiciones supercríticas es un agente muy adecuado para la eliminación por oxidación de residuos díficiles de eliminar de otra manera

40 CO 2 SUPERCRÍTICO UN DISOLVENTE VERDE Y POLIVALENTE

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