Presentación de PowerPoint

LOS FLUIDOS SUPERCRÍTICOS
COMO
DISOLVENTES ALTERNATIVOS
Disolvente:
Sustancia capaz de formar mezclas homogéneas con otra
u otras sustancias (solutos) destruyendo la agregación de
las partículas de esas sustancias
Disolventes en la Prehistoria: pinturas de Altamira
Para algunos de los pigmentos los hombres prehistóricos
emplearon disolventes: grasa animal, cola de pescado,
sangre ...
Disolventes convencionales:
Distribución por sectores del uso de disolventes no clorados
Fuente: ESIG
Disolventes convencionales:
Toxicidad e inflamabilidad :
9 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.
9 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.
Disolventes convencionales:
Toxicidad e inflamabilidad :
PEL /
ppm
Punto
flash/ oC
Acetona
1000
-18
Hexano
500
Pentano
PEL /
ppm
Punto
flash/ oC
Metanol
200
11
-7
Isopropanol
400
12
1000
-40
Tetrahidrofurano
200
-21
Heptano
500
-4
p-Dioxano
100
12
Acetonitrilo
40
2
Acetato de etilo
400
-4
12,5
-
Tolueno
200
4
Cloroformo
50
-
Xilenos
200
25
Éter etílico
400
-45
Benceno
1
-11
Etanol (absoluto)
1000
12
Dimetilformamid
10
58
Disolvente
Diclorometano
Disolvente
Disolventes convencionales:
Emisiones por sectores de compuestos orgánicos volátiles
(COVs)
Fuente: ESIG
Disolventes neotéricos:
9 Neotérico: significa moderno, contemporáneo
9 Son fluidos con propiedades modulables
9 Algunos son empleados a gran escala mientras que
otros están siendo investigados por sus usos potenciales
como disolventes que permitirían una mayor
sostenibilidad.
Disolventes neotéricos:
9 Gases licuados
9 Líquidos expandidos con gas
9 Disolventes eutécticos
9 Líquidos iónicos
9 Fluidos supercríticos
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
Diagrama de fases:
REGION
SUPERCRITICA
sólido
líquido
Presión
Pc
PC
PT
gas
Tc
Temperatura
PT – Punto Triple
PC – Punto Crítico
Tc – Temperatura Crítica
Pc – Presión Crítica
Algunas propiedades de las sustancias varían ampliamente
en un rango extenso de temperaturas y presiones alrededor
del punto crítico
9 Densidad
9 Viscosidad
9 Difusividad
9 Capacidad calorífica
9 Conductividad térmica
9 Constante dieléctrica
Los valores de ciertas propiedades de los fluidos
supercríticos son intermedias entre las de los líquidos y las
de los gases
Magnitud
Gas
Densidad (kg/m3)
1
SCF
100-800
Líquido
1000
Viscosidad (cP)
0.01
0.05-0.1
0.5-1.0
Difusividad (mm2/s)
1-10
0.01-0.1
0.001
Comparación de los SCF con los líquidos
La densidad es la propiedad responsable del poder
disolvente de los fluidos
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.
Principales campos de aplicación
9 Extracción supercrítica
productos naturales
9 Tratamiento de materiales
9 Medios de reacción
(SFE):
principalmente
de
Esquema de una planta de extracción supercrítica
Propiedades críticas de varias sustancias:
Fluido
T. crítica [°C]
Etileno
Xenón
CO2
Etano
NO
Propano
Amoníaco
1-Propanol
Metanol
Agua
Tolueno
9.3
16.6
31.1
32.2
36.5
96.7
132.5
235.2
239.5
374.2
318.6
P. crítica [bar] ρ crítica [kg/m3]
50.4
58.4
73.8
48.8
71.7
42.5
112.8
47.6
81.0
220.5
41.1
220
120
470
200
450
220
240
270
270
320
290
Fluido más utilizado en SFE: Dióxido de carbono
Ventajas del dióxido de carbono:
9 Parámetros críticos accesibles
9 Baja temperatura crítica: muy ventajosa para extraer
productos naturales sin que ocurra degradación térmica
9 Baja toxicidad: PEL = 5000 ppm
9 No es inflamable
9 Es bastante inerte desde el punto de vista químico
9 Coste bajo: 3,7 euros/kg
Desventaja principal del dióxido de carbono:
9 No disuelve bien compuestos polares. Modificadores
El dióxido de carbono y la química verde:
9 Es un disolvente inocuo y no inflamable. Conduce a
procesos más seguros
9 Los productos obtenidos suelen ser más seguros porque
no hay residuos de disolvente
9Es un recurso abundante en la atmósfera y se puede
considerar renovable (eliminando, por supuesto, el exceso
de origen antropogénico)
El dióxido de carbono y la química verde:
Handicap: es el causante del efecto invernadero y del
calentamiento global del planeta
¾ El CO2 no se produce específicamente para la
SFE. No contribuye al aumento de la cantidad total
en la atmósfera
¾ Si se recicla en el proceso, es una forma de
secuestrar CO2, si bien en pequeñas cantidades
¾ La situación ideal se presentaría si el CO2 se
capturase directamente de la atmósfera.
EL CO2 SUPERCRÍTICO SE PUEDE
CONSIDERAR COMO UN
DISOLVENTE VERDE EN TODAS
SUS APLICACIONES
Extracción a gran escala:
9 Descafeínado de café y té
9 Obtención de extracto de lúpulo para la industria
cervecera
Planta de extracción a gran escala:
Proceso de descafeínado:
• Humidificación semillas de café
• Extracción cafeína con CO2
supercrítico durante 10 horas
• Flujos de CO2 con cafeína y de
agua en contracorriente: la cafeína
se disuelve en el agua
• Reciclado del CO2
• Recuperación de la cafeína
Extracción a menor escala
9 Extracción de productos naturales
¾ Extracción de especias
¾ Extracción de aceites esenciales
¾ Extracción de productos de interés farmacológico
9 Extracción de metales utilizando un agente quelante
Planta piloto de extracción supercrítica
Grupo de Termodinámica Aplicada y Superficies (GATHERS)
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.
Otras aplicaciones favorables al medio ambiente y a la
sostenibilidad
9 Pinturas y recubrimientos: eliminación de disolventes
orgánicos y consiguiente emisión de COVs
9 Recuperación de suelos contaminados
9 Mejora en el aprovechamiento de pozos petrolíferos
Mejora del aprovechamiento de pozos petrolíferos
Enhanced Oil Recovery (EOR)
Tratamiento de materiales
9 Obtención de micro y nanopartículas
9 Impregnación de polímeros
9 Formación de espumas sólidas
Obtención de micro y nanopartículas
9 Mediante CO2 supercrítico se pueden obtener partículas
de tamaños comprendidos entre 5 y 2000 nm
9 Ventajas
¾ Se puede usar cuando los métodos físicos
(molienda) no son aplicables.
¾ Permite la eliminación de disolventes orgánicos
¾ Gran precisión y flexibilidad
¾ Productos con mejores características
Obtención de micro y nanopartículas
Comparación de la forma de las micropartículas de un producto
Método mecánico
Usando fluido supercrítico
Obtención de micro y nanopartículas
9 Usos
¾ Productos farmacéuticos inhalables o poco solubles
¾Catalizadores
¾Polímeros y biopolímeros
¾Intermedios químicos
¾Tintes
Obtención de micro y nanopartículas
9 Algunos métodos
¾ Expansión rápida de disoluciones supercríticas
(RESS)
¾Antidisolvente supercrítico (SAS)
¾Partículas a partir de disoluciones saturadas de gas
(PGSS)
¾Despresurización de una disolución orgánica líquida
expandida (DELOS)
Expansión rápida de disoluciones supercríticas (RESS)
La expansión del fluido supercrítico provoca su evaporación y la
consiguiente precipitación del soluto
CO2 supercrítico como medio de reacción. Reacciones
9 Hidrogenaciones
9 Hidroformilaciones (procesos “oxo”)
9 Polimerizaciones
9 Reacciones de Diels-Alder
9 Reacciones de Friedel-Crafts
Otras aplicaciones de interés
9 Limpieza
¾ Lavado en seco de tejidos
¾ Limpieza de componentes
9 Microelectrónica
¾ Secado supercrítico
¾ Deposición de metales
¾ Formación de materiales dieléctricos
9 Esterilización. Inactivación de microorganismos
en alimentos, material sanitario, etc.
Agua supercrítica
9 El agua en condiciones supercríticas es un agente muy
adecuado para la eliminación por oxidación de residuos
díficiles de eliminar de otra manera
CO2 SUPERCRÍTICO
UN DISOLVENTE “VERDE” Y
POLIVALENTE
LOS FLUIDOS SUPERCRÍTICOS
COMO
DISOLVENTES ALTERNATIVOS