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El problema de la espuma en el tratamiento de agua ha desconcertado a muchos. En la etapa inicial de la puesta en marcha, se forman espumas, espumas surfactantes, espumas de impacto, espumas de peróxido y espumas generadas mediante la adición de bactericidas no oxidantes en el tratamiento de agua circulante, entre otras, por lo que el uso de antiespumantes en este tipo de tratamiento es relativamente común. Este artículo presenta detalladamente el principio, la clasificación, la selección y la dosificación de los antiespumantes.

★ Eliminación de espuma

1. Métodos físicos

Desde el punto de vista físico, los métodos para eliminar la espuma incluyen principalmente la colocación de deflectores o filtros de malla, agitación mecánica, electricidad estática, congelación, calentamiento, vapor, irradiación, centrifugación a alta velocidad, reducción de presión, vibración de alta frecuencia, descarga instantánea y ultrasonidos (control acústico de líquidos). Todos estos métodos promueven la tasa de transmisión de gas en ambos extremos de la película de líquido y la descarga de líquido de la película de burbujas en diversos grados, lo que hace que el factor de estabilidad de la espuma sea menor que el factor de atenuación, por lo que la cantidad de espuma disminuye gradualmente. Sin embargo, la desventaja común de estos métodos es que están altamente limitados por factores ambientales y tienen una baja tasa de desespumado. Las ventajas son la protección del medio ambiente y una alta tasa de reutilización.

2. Métodos químicos

Los métodos químicos para eliminar la espuma incluyen principalmente el método de reacción química y la adición de antiespumante.

El método de reacción química se refiere a la reacción química entre el agente espumante y el agente espumante mediante la adición de reactivos para generar sustancias insolubles en agua, reduciendo así la concentración de surfactante en la película líquida y promoviendo la ruptura de la espuma. Sin embargo, este método presenta algunas deficiencias, como la incertidumbre en la composición del agente espumante y el daño que las sustancias insolubles pueden causar a los equipos del sistema. El método antiespumante más utilizado en diversas industrias actualmente es el método de adición de antiespumantes. La principal ventaja de este método es su alta eficiencia antiespumante y su facilidad de uso. Sin embargo, encontrar un antiespumante adecuado y eficiente es clave.

★El principio del antiespumante

Los antiespumantes, también conocidos como antiespumantes, tienen los siguientes principios:

1. El mecanismo por el cual la reducción de la tensión superficial local de la espuma provoca su estallido consiste en rociar alcoholes superiores o aceites vegetales sobre la espuma, lo que, al disolverse en el líquido, reduce significativamente la tensión superficial. Debido a que estas sustancias suelen ser poco solubles en agua, la reducción de la tensión superficial se limita a la parte local de la espuma, mientras que la tensión superficial alrededor de la espuma prácticamente no varía. La parte con tensión superficial reducida sufre una fuerte tracción y se extiende en todas direcciones, hasta que finalmente se rompe.

2. La destrucción de la elasticidad de la membrana hace que el antiespumante rompedor de burbujas añadido al sistema de espuma se difunda a la interfaz gas-líquido, dificultando que el surfactante con efecto estabilizador de la espuma recupere la elasticidad de la membrana.

3. Los antiespumantes que promueven el drenaje de la película líquida pueden favorecer dicho drenaje, provocando así la ruptura de las burbujas. La tasa de drenaje de la espuma puede reflejar su estabilidad. Añadir una sustancia que acelere el drenaje de la espuma también puede contribuir a la eliminación de la espuma.

4. La adición de partículas sólidas hidrófobas puede provocar la explosión de burbujas en su superficie. Estas partículas atraen el extremo hidrófobo del surfactante, lo que las hace hidrófilas y las convierte en agua, contribuyendo así a la desespuma.

5. Los tensioactivos solubilizantes y espumantes pueden provocar la ruptura de burbujas. Algunas sustancias de bajo peso molecular que se pueden mezclar completamente con la solución pueden solubilizar el tensioactivo y reducir su concentración efectiva. Las sustancias de bajo peso molecular con este efecto, como el octanol, el etanol, el propanol y otros alcoholes, no solo reducen la concentración de tensioactivo en la capa superficial, sino que también se disuelven en la capa de adsorción, reduciendo la compacidad de las moléculas de tensioactivo y, por lo tanto, la estabilidad de la espuma.

6. La doble capa eléctrica del surfactante de descomposición electrolítica desempeña un papel antiespumante en la interacción de la doble capa eléctrica del surfactante con la espuma, produciendo un líquido espumoso estable. La adición de un electrolito común puede colapsar la doble capa eléctrica del surfactante.

★ Clasificación de antiespumantes

Los antiespumantes comúnmente utilizados se pueden dividir en silicona (resina), surfactante, alcano y aceite mineral según su composición.

Los antiespumantes de silicona (resina), también conocidos como antiespumantes de emulsión, se utilizan emulsionando y dispersando resina de silicona con emulsionantes (tensioactivos) en agua antes de añadirla a las aguas residuales. El polvo fino de dióxido de silicio es otro tipo de antiespumante a base de silicio con mayor efecto antiespumante.

2. Los surfactantes como los antiespumantes son en realidad emulsionantes, es decir, utilizan la dispersión de surfactantes para mantener las sustancias formadoras de espuma en un estado emulsionado estable en agua, a fin de evitar la formación de espuma.

3. Los antiespumantes a base de alcanos se obtienen mediante la emulsión y dispersión de cera de parafina o sus derivados mediante emulsionantes. Su uso es similar al de los antiespumantes emulsionantes a base de tensioactivos.

4. El aceite mineral es el principal componente antiespumante. Para mejorar su efecto, a veces se mezclan jabones metálicos, aceite de silicona, sílice y otras sustancias. Además, se pueden añadir diversos surfactantes para facilitar la difusión del aceite mineral sobre la superficie de la solución espumosa o para dispersar uniformemente los jabones metálicos y otras sustancias en el aceite mineral.
★ Ventajas y desventajas de los diferentes tipos de antiespumantes

La investigación y aplicación de antiespumantes orgánicos, como aceites minerales, amidas, alcoholes inferiores, ácidos grasos, ésteres de ácidos grasos y ésteres de fosfato, entre otros, es relativamente temprana y pertenece a la primera generación de antiespumantes. Presentan las ventajas de la fácil disponibilidad de materias primas, un alto rendimiento ambiental y bajos costos de producción. Sus desventajas son su baja eficiencia antiespumante, su alta especificidad y sus rigurosas condiciones de uso.

Los antiespumantes de poliéter son de segunda generación e incluyen principalmente poliéteres de cadena lineal, poliéteres derivados de alcoholes o amoníaco, y derivados de poliéter con esterificación de grupos terminales. Su principal ventaja es su gran capacidad antiespumante. Además, algunos antiespumantes de poliéter también presentan excelentes propiedades, como resistencia a altas temperaturas y a ácidos y álcalis. Sus desventajas se limitan a las condiciones de temperatura, las áreas de aplicación limitadas, la baja capacidad antiespumante y la baja tasa de ruptura de burbujas.

Los antiespumantes de silicona orgánica (antiespumantes de tercera generación) ofrecen un alto rendimiento antiespumante, una rápida capacidad antiespumante, baja volatilidad, ausencia de toxicidad ambiental, ausencia de inercia fisiológica y una amplia gama de aplicaciones. Por lo tanto, tienen amplias perspectivas de aplicación y un enorme potencial de mercado, pero su rendimiento antiespumante es deficiente.

El antiespumante de polisiloxano modificado con poliéter combina las ventajas de los antiespumantes de poliéter y de organosilicio, y es la línea de desarrollo de los antiespumantes. En ocasiones, puede reutilizarse gracias a su solubilidad inversa, pero actualmente existen pocos tipos de antiespumantes de este tipo y aún se encuentran en fase de investigación y desarrollo, lo que resulta en altos costos de producción.

★ Selección de antiespumantes

La selección de antiespumantes debe cumplir los siguientes criterios:

1. Si es insoluble o insoluble en la solución espumosa, romperá la espuma. El antiespumante debe concentrarse en la película de espuma. Los antiespumantes deben concentrarse y concentrarse instantáneamente, mientras que los supresores de espuma deben mantenerse en este estado regularmente. Por lo tanto, los antiespumantes se encuentran en un estado sobresaturado en líquidos espumosos, y solo los insolubles o poco solubles son propensos a alcanzar la sobresaturación. Insoluble o difícil de disolver, es fácil de agregar en la interfaz gas-líquido, fácil de concentrar en la membrana de la burbuja y puede funcionar a concentraciones más bajas. El antiespumante utilizado en sistemas de agua, las moléculas del ingrediente activo, deben ser fuertemente hidrófobas y débilmente hidrófilas, con un valor HLB en el rango de 1,5 a 3 para un efecto óptimo.

2. La tensión superficial es menor que la del líquido espumoso, y solo cuando las fuerzas intermoleculares del antiespumante son pequeñas y la tensión superficial es menor que la del líquido espumoso, las partículas del antiespumante pueden penetrar y expandirse en la película de espuma. Cabe destacar que la tensión superficial de la solución espumosa no es la tensión superficial de la solución, sino la tensión superficial de la solución espumosa.

3. Existe cierta afinidad con el líquido espumoso. Dado que el proceso antiespumante es una competencia entre la velocidad de colapso y la velocidad de generación de espuma, el antiespumante debe dispersarse rápidamente en el líquido espumoso para poder actuar rápidamente en una gama más amplia de líquidos espumosos. Para que el antiespumante se difunda rápidamente, su ingrediente activo debe tener cierta afinidad con la solución espumosa. Los ingredientes activos de los antiespumantes están demasiado cerca de los líquidos espumosos y se disuelven; son demasiado escasos y difíciles de dispersar. Solo cuando la proximidad es adecuada, la eficacia es buena.

4. Los antiespumantes no reaccionan químicamente con los líquidos espumosos. Cuando reaccionan con ellos, pierden su eficacia y pueden producir sustancias nocivas que afectan el crecimiento microbiano.

5. Baja volatilidad y larga duración de acción. En primer lugar, es necesario determinar si el sistema que requiere el uso de antiespumantes es a base de agua o de aceite. En la industria de la fermentación, se deben utilizar antiespumantes a base de aceite, como los de silicona modificada con poliéter o los basados ​​en poliéter. La industria de recubrimientos a base de agua requiere antiespumantes a base de agua y antiespumantes de silicio orgánico. Seleccione el antiespumante, compare la cantidad añadida y, con base en el precio de referencia, determine el producto antiespumante más adecuado y económico.

★Factores que afectan la eficacia del uso de antiespumantes

1. La dispersabilidad y las propiedades superficiales de los antiespumantes en solución afectan significativamente a otras propiedades antiespumantes. Los antiespumantes deben tener un grado adecuado de dispersión, ya que las partículas demasiado grandes o demasiado pequeñas pueden afectar su actividad antiespumante.

2. Compatibilidad del antiespumante en el sistema de espuma. Cuando el surfactante está completamente disuelto en una solución acuosa, suele distribuirse direccionalmente en la interfaz gas-líquido de la espuma para estabilizarla. Cuando el surfactante está en estado insoluble o sobresaturado, las partículas se dispersan en la solución y se acumulan en la espuma, actuando esta como antiespumante.

3. La temperatura ambiente del sistema de espumado y la temperatura del líquido espumante también pueden afectar el rendimiento del antiespumante. Si la temperatura del líquido espumante es relativamente alta, se recomienda utilizar un antiespumante especial resistente a altas temperaturas, ya que, si se utiliza un antiespumante convencional, el efecto antiespumante se reducirá considerablemente y el antiespumante demulsionará directamente la loción.

4. El embalaje, almacenamiento y transporte de los antiespumantes se realiza a una temperatura de 5 a 35 °C, y su vida útil suele ser de 6 meses. No los coloque cerca de fuentes de calor ni los exponga a la luz solar. De acuerdo con los métodos habituales de almacenamiento de productos químicos, asegúrese de sellar el producto después de usarlo para evitar su deterioro.

6. La proporción de antiespumantes añadidos a la solución original y a la diluida presenta cierta desviación, y la proporción no es igual. Debido a la baja concentración de surfactante, la loción antiespumante diluida es extremadamente inestable y no se deslamina rápidamente. Su rendimiento antiespumante es relativamente bajo, por lo que no es adecuada para el almacenamiento a largo plazo. Se recomienda su uso inmediatamente después de la dilución. La proporción de antiespumante añadido debe verificarse mediante pruebas in situ para evaluar su eficacia, y no debe añadirse en exceso.

★La dosis de antiespumante

Existen muchos tipos de antiespumantes, y la dosis requerida varía según el tipo. A continuación, presentamos la dosis de seis tipos de antiespumantes:

1. Antiespumante de alcohol: Cuando se utilizan antiespumantes de alcohol, la dosis generalmente está entre 0,01-0,10%.

2. Antiespumantes a base de aceite: La cantidad de antiespumantes a base de aceite agregada está entre 0,05-2%, y la cantidad de antiespumantes de ésteres de ácidos grasos agregada está entre 0,002-0,2%.

3. Antiespumantes de amida: Los antiespumantes de amida tienen un mejor efecto y la cantidad agregada generalmente está entre 0,002 y 0,005 %.

4. Antiespumante de ácido fosfórico: Los antiespumantes de ácido fosfórico se utilizan más comúnmente en fibras y aceites lubricantes, con una cantidad añadida entre 0,025-0,25%.

5. Antiespumante de amina: Los antiespumantes de amina se utilizan principalmente en el procesamiento de fibras, con una cantidad añadida de 0,02-2%.

7. Antiespumantes a base de éter: Los antiespumantes a base de éter se utilizan comúnmente en la impresión, teñido y limpieza de papel, con una dosis típica de 0,025-0,25%.