Emulsiones mltiples

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emulsiones múltiples

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  • LABORATORIO DE FORMULACION, INTERFASESREOLOGIA Y PROCESOS

    UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

    Mrida-VenezuelaVersin # 2 (2003)

    Emulsiones Mltiples *********

    Antonio CARDENAS

    MODULO DE ENSEANZA EN FENOMENOS INTERFACIALES

    CUADERNO FIRP S277-ACUADERNO FIRP S277-A

    en espaol

  • Cuaderno FIRP S277A 1 Emulsiones Mltiples

    EMULSIONES MULTIPLES

    Contenido

    EMULSIONES MULTIPLES Qu son?..............................................................2

    EMULSION MULTIPLE DEL TIPO W1/O/W2 .......................................................3

    EMULSION MULTIPLE DEL TIPO O1/W/O2........................................................4

    APLICACIONES DE LAS EMULSIONES MULTIPLES ........................................6 SEPARACIONES ............................................................................................6 LIBERACION CONTROLADA.......................................................................13 TRANSPORTADORES .................................................................................14

    PROBLEMAS POTENCIALES EN EL USO DE EMULSIONES MULTIPLES

    1. ROMPIMIENTO DE LA MEMBRANA........................................................16 2. HINCHAMIENTO DE LA MEMBRANA......................................................16 3. SELECTIVIDAD.........................................................................................16 4. PERDIDA DE TRANSPORTADORES.......................................................17

    BIBLIOGRAFIA...................................................................................................18

  • Cuaderno FIRP S277A 2 Emulsiones Mltiples

    EMULSIONES MULTIPLES QUE SON? Antes de describir lo que son las emulsiones mltiples, conviene sealar brevemente lo que es una emulsin. Cuando se tienen dos lquidos inmiscibles, como aceite y agua, y estos se agitan, se forman gotas de un lquido en otro. Estas gotas de un lquido en otro es lo que se conoce como una emulsin. Las emulsiones pueden ser entonces de dos tipos: una en la cual las gotas (fase dispersa) son de agua o solucin acuosa y la fase en donde estn inmersas las gotas (fase continua) es aceite el otro tipo de emulsin es la inversa; gotas de aceite en una fase continua acuosa. Las primeras se denotan como emulsiones W/O agua en aceite (Water, agua O= oil, aceite) y las segundas O/W, aceite en agua. La figura 1 muestra los dos tipos de emulsiones.

    W

    W

    O

    Emulsin O/WEmulsin O/W

    Figura 1

    Ahora bien, como se mencion arriba, al agitar dos fases inmiscibles, se forman gotas de una fase en otra, pero para que exista la emulsin, es necesario evitar que al cesar la agitacin las gotas se unan de una vez. Para lograr la estabilidad de las emulsiones se necesita entonces un tercer componente conocido como surfactante (del ingls surface active = surfactant, activo en la superficie). Este componente se ubica en la superficie de las gotas de la emulsin y evita o retarda la coalescencia de las gotas, haciendo de esta forma la emulsin estable. En resumen para formar una emulsin, se requiere de lo siguiente:

    1.- Dos lquidos inmiscibles entre s. 2.- Un agente que estabilice a la emulsin (surfactante) 3.- Agitacin que permita dispersar una fase inmiscible en otra.

  • Cuaderno FIRP S277A 3 Emulsiones Mltiples

    Adems de las emulsiones sencillas anteriormente descritas existe otro tipo de emulsiones conocidas como emulsiones mltiples. Estas se caracterizan porque las gotas de la fase dispersa, contienen a su vez gotas que son inmiscibles con la gota que las contiene y que son miscibles con la fase continua. En la figura 2, se muestra este tipo de emulsiones.

    Solucin Acuosa Externa (w2) Fasecontinua

    Aceite

    Solucin AcuosaInterna (W1)

    Emulsin Mltiple del tipo W1/O/W2

    Figura 2 Emulsin Mltiple del tipo W1/O/W2

    EMULSION MULTIPLE DEL TIPO W1/O/W2 Tambin existen emulsiones mltiples, inversas a las mostradas en la figura 2. Este tipo de emulsiones son las de aceite/agua/aceite, denotadas como O1/W/O2. Es importante mencionar aqu, que la nomenclatura de las emulsiones mltiples, se utiliza en la notacin de la fase externa y de las gotas que estn dentro de la gota los nmeros 1 y 2 para diferenciar estas fases, ya que estas pueden ser diferentes (aunque miscibles entre s). Por ejemplo, si se tiene una emulsin mltiple de tipo agua/aceite/agua, las gotas dispersas sern de aceite, pero estas a su vez contienen gotas de una fase acuosa que se denomina como W1, mientras que la fase continua es una fase acuosa que puede ser diferente a W1 y por ello se denomina W2. El caso de una emulsin que contenga una solucin acuosa de cloruro de sodio como W1 y agua destilada como W2 es un ejemplo.

  • Cuaderno FIRP S277A 4 Emulsiones Mltiples

    Lo mismo puede ocurrir con las emulsiones del tipo O1/W/O2, en donde las fases olecas sean soluciones diferentes entre s o diferentes tipos de aceites solubles entre s. En este caso, las gotas de aceite contenidas dentro de las gotas de agua, se denominaran O1 y la fase continua externa, O2, como se muestra en la figura 3.

    O2

    O1 W

    Emulsin Mltiple del tipo O1/W/O2

    Figura 3 Emulsin mltiple del tipo O1/W/O2

    EMULSION MULTIPLE DEL TIPO O1/W/O2 De las figuras 2 y 3, se pueden observar que en las emulsiones mltiples existe un lquido que separa a las gotas contenidas en la fase dispersa de la fase continua. Este lquido se caracteriza por ser siempre inmiscible con la fase continua externa y con los glbulos que estn dentro de las gotas. En la prctica, este lquido acta como una membrana que separa a ambas fases; es aceite si las fases separadas son W1 y W2, y es agua (solucin acuosa) si las fases que se separan son O1 y O2. Por ello este tipo de emulsiones se conocen como: membranas lquidas emulsionadas (liquid emulsion membranes) o membranas surfactantes lquidas (liquid surfactant membranes) para mencionar slo algunos nombres. El hecho de que se encuentre un lquido que acte como una membrana es crucial. Esto es lo que que le da el gran potencial de aplicacin a las emulsiones mltiples. Esta membrana puede actuar liberando un componente desde la fase interna hacia la fase externa o atrapar un compuesto (o varios) desde la fase externa hacia la fase interna e incluso concentrarlo en la misma operacin. Tambin el hecho de que se pueda romper la membrana bajo ciertas condiciones puede ser til. Tambin es conveniente sealar aqu la existencia de las membranas lquidas soportadas. Este tipo de membranas consisten en un lquido que se coloca en un soporte

  • Cuaderno FIRP S277A 5 Emulsiones Mltiples

    (un slido poroso) que separa dos fases de naturaleza similar. La figura siguiente muestra un esquema de membrana lquida soportada

    Aceite

    Aceite

    Slido

    Slido

    SlidoFase acuosa (w2) Fase acuosa (w1)

    Membrana lquida soportada

    Figura 4 En este tipo de membrana es condicin necesaria que el lquido que se encuentra en el medio poroso, sea inmiscible en las fases que separa. El slido en este caso no representa una resistencia importante para el paso de las especies a separar, siendo el lquido la verdadera barrera que se debe superar. Por supuesto, tambin es necesario que los poros del slido lo atraviesen completamente para lograr que ocurra el paso de las especies de un lado a otro. Otra diferencia importante entre las emulsiones mltiples y las membranas lquidas soportadas, es que en las primeras se debe utilizar surfactantes para estabilizar a la membrana y en las segundas sto podra ser contrapudecente ya que bajara la tensin superficial y aumentara la tendencia del lquido que forma la membrana a salirse de sta.

  • Cuaderno FIRP S277A 6 Emulsiones Mltiples

    APLICACIONES DE LAS EMULSIONES MULTIPLES SEPARACIONES El hecho de que exista una membrana lquida que separa a dos fases como se acaba de explicar, es lo que le da a las emulsiones mltiples su utilidad. Segn Matsumoto et al (1) el primer artculo sobre las emulsiones mltiples fue publicado en el ao de 1925 por Seifriz, quien descubri que este tipo de emulsiones se forman durante la inversin de fase de las emulsiones ordinarias. Luego de ms de 40 aos sin progreso significativo se continuaron los estudios de las emulsiones mltiples, debido al inters que presentan en el campo de la medicina (especialmente en el rea de liberacin controlada de medicamentos). En el campo de la Ingeniera Qumica, los primeros trabajos utilizando emulsiones mltiples se realizaron en la compaa Exxon a finales de la dcada de los sesenta y comienzos de los setenta. El trabajo consisti en separar mezclas de hidrocarburos utilizando membranas lquidas presentes en las emulsiones mltiples. El esquema de uno de los sistemas utilizados por N Li, de la compaa Exxon se muestra en la figura 5 (2).

    Producto rico en B

    Fase de gotas que han coalescido

    Fase solvente

    Solucin acuosa de surfactantes

    Alimentacin (Solucin de A/B)

    A

    B

    A

    B

    Gota de agua en

    surfactante

    Separador de solvente

    y

    producto permeado

    Producto rico en A

    Separacin de hidrocarburos aromticos de alifticos (Exxon)

    Figura 5 Segn este esquema se introduce una alimentacin en la solucin acuosa con surfactantes. La alimentacin es una mezcla de aceites (alcanos y tolueno o alcanos y

  • Cuaderno FIRP S277A 7 Emulsiones Mltiples

    benceno) que forman una gota que es inmediatamente recubierta por la solucin acuosa con surfactantes. Esta gota pasa a una fase solvente (aceite) cubierta por la capa de solucin acuosa ms surfactantes. En esta etapa difunde uno de los componentes hacia la fase solvente (que en este caso fue