Floculación

En química coloidal, la floculación es un proceso por el cual las partículas coloidales salen de la suspensión para sedimentar en forma de flóculo o escama, ya sea de forma espontánea o debido a la adición de un agente clarificante. La acción se diferencia de la precipitación en que, antes de la floculación, los coloides simplemente se suspenden, bajo la forma de una dispersión estable (donde la fase interna (sólida) se dispersa en toda la fase externa (fluido) mediante agitación mecánica) y no se disuelven verdaderamente. en solución.

La coagulación y la floculación son procesos importantes en 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 para sedimentar las partículas desestabilizadas provocando su agregación en flóculos.

Definición del término

Según la definición de la IUPAC, la floculación es "un proceso de contacto y adhesión mediante el cual las partículas de una dispersión forman grupos de mayor tamaño". floculación es sinónimo de aglomeración y coagulación/coalescencia.

Básicamente, la coagulación es un proceso de adición de coagulante para desestabilizar una partícula cargada estabilizada. Mientras tanto, la floculación es una técnica de mezcla que promueve la aglomeración y ayuda a la sedimentación de las partículas. El coagulante más utilizado es el alumbre, Al₂(SO₄)₃·14H₂O.

La reacción química involucrada:

Al₂(SO₄)₃ · 14 H₂O → 2 Al(OH)₃s) + 6 H⁺ + 3 Así que...^{2 - 2}
₄ + 8 H₂O

Durante la floculación, la mezcla suave acelera la tasa de colisión de partículas, y las partículas desestabilizadas se agregan y se confunden en precipitados más grandes. La flotaculación se ve afectada por varios parámetros, incluyendo velocidades de mezcla, intensidad de mezcla y tiempo de mezcla. El producto de la intensidad de mezcla y el tiempo de mezcla se utiliza para describir los procesos de floculación.

Prueba del frasco

El proceso mediante el cual se selecciona la dosis y la elección del floculante se llama prueba de jarra. El equipo utilizado para la prueba de jarras consta de uno o más vasos, 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 posteriormente el proceso de sedimentación. Luego se pueden tomar muestras de la fase acuosa en cada vaso.

Aplicaciones

Química de superficies

En la química coloidal, la floculación se refiere al proceso mediante el cual las partículas finas se agrupan formando un flóculo. Luego, el flóculo puede flotar hasta la superficie del líquido (crema), sedimentarse en el fondo del líquido (sedimentación) o filtrarse fácilmente del líquido. El comportamiento de floculación de los coloides del suelo está estrechamente relacionado. relacionados con la calidad del agua dulce. La alta dispersabilidad de los coloides del suelo no sólo causa directamente turbidez del agua circundante sino que también induce la eutrofización debido a la adsorción de sustancias nutricionales en los ríos. y lagos e incluso barcos bajo el mar.

Química física

Para las emulsiones, la floculación describe la agrupación de gotas individuales dispersas, por lo que las gotas individuales no pierden su identidad. La floculación es, por tanto, el paso inicial que conduce a un mayor envejecimiento de la emulsión (coalescencia de las gotas y separación final de las fases). La floculación se utiliza en la preparación de minerales, pero también se puede utilizar en el diseño de propiedades físicas de alimentos y productos farmacéuticos.

Diagnóstico médico

En un laboratorio médico, la floculación es el principio básico utilizado en diversas pruebas de diagnóstico, por ejemplo, la prueba rápida de reagina plasmática.

Ingeniería civil/ciencias de la tierra

En ingeniería civil y en ciencias de la tierra, la floculación es una condición en la que arcillas, polímeros u otras pequeñas partículas 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 frontales negativas y las cargas laterales positivas.

Biología

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 promedio de las partículas, haciendo que la microfiltración sea más eficiente. Cuando no se añaden floculantes, se forman tortas y se acumulan provocando una baja viabilidad celular. Los floculantes con carga positiva funcionan mejor que los con carga negativa, ya que las células generalmente están cargadas negativamente.

Industria quesera

La floculación se emplea ampliamente para medir el progreso de la formación de cuajada en las etapas iniciales de la elaboración del queso y determinar durante cuánto tiempo debe fraguar la cuajada. La reacción que involucra a las micelas de cuajo se modela mediante la cinética de Smoluchowski. Durante el cuajo de la leche las micelas pueden acercarse unas a otras y flocular, proceso que implica hidrólisis de moléculas y macropéptidos.

La floculación también se utiliza durante el tratamiento de aguas residuales del queso. Se utilizan principalmente tres coagulantes diferentes:

• FeSO₄ (Sulfato de hierro)
• Al₂(SO₄)₃ (Sulfato de aluminio)
• FeCl₃ (Iron(III) cloruro)

Brewing

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 se sedimente o suba a la cima de la fermentación al final de la fermentación. Posteriormente, la levadura se puede recolectar (recortar) de la parte superior (fermentación de cerveza) o de la parte inferior (fermentación de cerveza) del fermentador para poder reutilizarla en la siguiente fermentación.

La floculación de la levadura está determinada principalmente por la concentración de calcio, a menudo en el rango de 50 a 100 ppm. Se pueden agregar sales de calcio para provocar la floculación, o el proceso se puede revertir eliminando el calcio agregando fosfato para formar fosfato de calcio insoluble, agregando exceso de sulfato para formar sulfato de calcio insoluble o agregando EDTA para quelar los iones de calcio. Si bien parece similar a la sedimentación en dispersiones coloidales, los mecanismos son diferentes.

Proceso de tratamiento de agua

La floculación y la sedimentación se emplean ampliamente en la purificación de agua potable, así como en el tratamiento de aguas residuales, el tratamiento de aguas pluviales y el tratamiento de corrientes de aguas residuales industriales. Los procesos de tratamiento típicos consisten en rejillas, coagulación, floculación, sedimentación, filtración granular y desinfección. A medida que continúa creciendo la demanda de soluciones ecológicas en el proceso de floculación, los biopolímeros emergen como una solución muy prometedora. Entre ellos, el quitosano destaca por sus propiedades excepcionales, lo que lo convierte en uno de los principales candidatos en este esfuerzo respetuoso con el medio ambiente. El quitosano no sólo es biodegradable, sino que también exhibe una capacidad única para unirse a una amplia gama de contaminantes, incluidos metales pesados y contaminantes orgánicos, eliminándolos eficazmente de las fuentes de agua.

Defloculación

La defloculación es exactamente lo opuesto a la floculación, también conocida a veces 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 dominio de cationes metálicos monovalentes, las partículas coloidales pueden dispersarse. El aditivo que evita que los coloides formen flóculos se llama defloculante. Para la defloculación impartida a través de barreras electrostáticas, la eficacia de un defloculante se puede medir en términos de potencial zeta. Según el Diccionario Enciclopédico de Polímeros, la defloculación 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 defloculada muestra un valor de rendimiento nulo o muy bajo".

La defloculación puede ser un problema en las plantas de tratamiento de aguas residuales, ya que comúnmente causa problemas de sedimentación de lodos y deterioro de la calidad del efluente.