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
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