Equilibrio de fase de mezclas complejas de dióxido de carbono supercrítico, agua, polímeros y surfactantes mediante la ecuación de estado SAFT

Zusammenfassung

En los últimos años se está tomando conciencia a nivel gubernamental, industrial y académico de la necesidad de incorporar tecnologías que tengan en cuenta el medio ambiente, debido las diferentes regulaciones relacionadas con las emisiones de gases nocivos. En particular, se está estudiando e implementando el uso del dióxido de carbono en diversos procesos industriales. Por ejemplo, el dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2) está siendo considerado como sustituto de disolventes orgánicos convencionales, que por lo general, son nocivos y peligrosos tanto para la salud como para el medio ambiente. En este caso, el CO2 presenta las siguientes ventajas: no es tóxico, no es inflamable, es químicamente inerte en muchos procesos, es económicamente rentable y presenta un menor gasto energético en los procesos de recuperación y reciclado, lo que conlleva a procesos industriales más eficientes. Tiene la gran desventaja de que muchas de las sustancias que se encuentran a lo largo de los procesos industriales, como el agua y la mayoría de los polímeros, presentan una baja solubilidad en SC-CO2. Esto ha dado lugar a una búsqueda de surfactantes que puedan estabilizar las mezclas de agua y polímeros en CO2. En la actualidad, se han obtenido algunos surfactantes que logran estabilizar estas mezclas, pero debido a su reciente síntesis y utilización, los diagramas de fase de estos surfactantes y sus mezclas son poco conocidos. Tradicionalmente, la descripción del comportamiento termodinámico de una gran variedad de fluidos complejos se suele llevar a cabo mediante el uso de teorías macroscópicas, las cuales están basadas en ecuaciones fenomenológicas que contienen parámetros que carecen de significado físico, por lo que las extrapolaciones a otras condiciones termodinámicas diferentes a las que fueron ajustados no proporcionan una descripción adecuada. En cambio, las técnicas de la Mecánica Estadística utilizadas para predecir las propiedades termodinámicas de sistemas macroscópicos se centran en una visión microscópica de estos sistemas. Puesto que se basan en el conocimiento de las fuerzas de interacción entre las moléculas que forman el sistema y la estructura de las mismas, dependen de parámetros microscópicos con claro significado físico y que no dependen de las condiciones termodinámicas a las que fueron ajustados, por lo que estas técnicas poseen un alto poder predictivo y de extrapolación del comportamiento termodinámico de sistemas complejos. En esta tesis doctoral se ha planteado la extensión y aplicación de la ecuación de estado molecular SAFT (del inglés Statistical Associating Fluid Theory), que permite interpretar y extrapolar los escasos datos experimentales disponibles a un rango de condiciones termodinámicas mucho más amplias. Se ha realizado una descripción global y sistemática de los diagramas de fase de los sistemas ternarios. SC-CO2 + Polímeros + Surfactante no asociante, y SC-CO2 + Agua + Surfactante asociante, donde el tipo de surfactante depende de la mezcla a estabilizar, en donde ambos surfactantes contienen grupos químicos perfluorados, ya que éstos han demostrado ser muy eficaces en la estabilización de mezclas de CO2. El estudio de los sistemas mencionados no sólo se limitó al equilibrio de fase, sino también a otras propiedades de interés, como lo son las funciones de exceso de mezclas, las constantes de Henry y las solubilidades de solutos en diferentes disoluciones.