Tesis:
Desarrollo de polielectrólitos catiónicos estructurados con densidad de carga 80% P/P basados en acrilamida y cloruro de acriloiloxietil N,N,N - trimetilamonio por copolimerización en microemulsion inversa.
- Autor: NIETO MAESTRE, Francisco Javier
- Título: Desarrollo de polielectrólitos catiónicos estructurados con densidad de carga 80% P/P basados en acrilamida y cloruro de acriloiloxietil N,N,N - trimetilamonio por copolimerización en microemulsion inversa.
- Fecha: 2011
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL Y DEL MEDIO AMBIENTE
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: OCHOA GOMEZ, José Ramón
- Director/a 2º: SANTOS GARCIA, Angel
- Resumen: Uno de los problemas más usuales en el tratamiento de aguas residuales y municipales es la sedimentación de sólidos suspendidos (coloides) en las mismas. En muchas ocasiones, los sólidos tienen un tamaño excepcionalmente pequeño (del orden de micras) y están cargados eléctricamente con cargas del mismo signo, de tal modo que las fuerzas de repulsión electrostáticas contrarrestan las fuerzas de atracción naturales impidiendo su sedimentación natural. En estos casos, la adición de ciertos polielectrólitos solubles en agua da lugar a una rápida sedimentación de los sólidos suspendidos pues favorecen la unión entre partículas por distintos mecanismos de floculación (formación de puentes, neutralización de las cargas electrostáticas). Los polielectrólitos más comunes son las poliacrilamidas basadas en acrilamida y un comonómero que les confiere carga electrostática de signo opuesto al sólido que se pretende separar. Dentro de esta familia, los polielectrólitos de mayor valor añadido son los catiónicos y ellos son el objeto de esta tesis. En la actualidad, la industria demanda floculantes de alto rendimiento (alta eficacia y bajo coste) para los procesos de separación sólido-líquido. Durante mucho tiempo se han utilizado poliacrilamidas en estado sólido cuyo principal inconveniente es su lenta y energéticamente costosa disolución previa a la dosificación, lo que unido a su elevada higroscopicidad fomentó el interés por el desarrollo de productos alternativos. La obtención de floculantes por copolimerización en emulsión inversa permitió solventar los problemas de las poliacrilamidas en estado sólido. Las emulsiones inversas obtenidas por esta técnica contienen polielectrólitos de alto peso molecular (del orden de 10 6) y tienen baja viscosidad con lo que las tareas de bombeo y dosificación son más sencillas. Su principal inconveniente es que no son termodinámicamente estables, es decir, se separan en fases en e/transcurso de horas. Además, su concentración de materia activa es del orden del 40-50 %, inferior a las poliacrilamidas en estado sólido (100%), con lo que el almacenamiento requiere más espacio y la presencia de tensioactivos en su formulación (4-8 %) encarece el producto. Sin embargo, los polielectrólitos obtenidos por esta técnica tienen mayor peso molecular y son menos estructurados que los copolímeros en estado sólido (fabricados por copolimerización en masa o en disolución). La obtención de floculantes por copolimerización en microemulsión inversa permitió solventar el principal inconveniente de éstas, la falta de estabilidad termodinámica, obteniéndose además polímeros de muy elevado peso molecular (>106). Los principales inconvenientes de las microemulsiones inversas de poliacrilamidas son la elevada concentración de tensioactivos (10-20 %) que precisan, muy superior a la de las emulsiones inversas, y su baja concentración de materia activa (<30%) en comparación con la de las emulsiones, inconvenientes que encarecen el producto respecto a las emulsiones. Sin embargo, por copolimerización en microemulsión inversa es posible obtener copolímeros con mejores propiedades para su aplicación como floculantes: elevado peso molecular, baja polidispersidad y bajo grado de estructuración. Esto se debe a que la co polimerización en microemulsión inversa transcurre en el seno de nanorreactores (<100 nm) donde crece un número de macromoléculas por partícula muy inferior al de una emulsión. La teoría de la polimerización radical predice un aumento del peso molecular con la concentración de materia activa pero, en microemulsión inversa, para concentraciones de materia activa superiores al 30%, la macromolécula en crecimiento supera en tamaño (100-300 nm) a la micela (<100 nm), por Jo que está en un estado altamente colapsado que favorece la formación de ramificaciones y reticulaciones en el floculante; en definitiva, aumenta su grado de estructuración lo que se traduce en un empeoramiento de la eficacia floculante. La presente tesis doctoral: «Desarrollo de polielectrólitos catiónicos con densidad de carga del 80% basados en acrilamida y cloruro de acriloiloxietil N,N,N-trimetilamonio por co polimerización en microemulsión inversa” pretende contribuir a solucionar los problemas planteados, obteniendo copolímeros con concentración de materia activa superior al 40 %, controlando el peso molecular y el grado de estructuración con el fin de mejorar su eficacia floculante e igualarla a las de los productos obtenidos por copolimerización en emulsión inversa. El trabajo se ha dividido en dos fases: 1.- Estudio de la influencia de las distintas variables que afectan a la copolimerización (concentración de materia activa, tensioactivos y HLB), así como la adición de agentes de modificación estructural (agentes de transferencia de cadena y de reticulación) sobre las propiedades de los copolímeros que afectan a su eficacia floculante. 2.- Correlación entre las propiedades de los copolímeros y su eficacia floculante comprobada por/os ensayos CST (tiempo de succión capilar) y Tapón y Bola.