Jabones que limpian y ensucian
El uso de surfactantes, mejor conocidos como agentes de limpieza o jabones, puede ser de gran ayuda en la eliminación de impurezas y contaminantes. Son agentes muy efectivos que pueden venir en una serie de presentaciones y ser dedicados a cierto tipo de impurezas, pero una vez que se desechan en la red municipal y llegan a las plantas de aguas residuales, el jabón se convierte en un agente contaminante muy persistente en el agua.
Los surfactantes (agentes activos superficiales) son compuestos orgánicos con al menos una parte liofílica (ávida de solvente) y otra parte liofóbica (que rechaza el solvente) dentro de la molécula. En otras palabras, un surfactante contiene al menos un grupo no polar y uno polar (iónico). Por lo tanto se presentan dos fenómenos dentro de la misma molécula: la adsorción y la agregación. Por ejemplo, en medio acuoso, las moléculas del surfactante emigrarán al agua y se orientarán en una forma que se evite en lo posible el contacto de sus grupos hidrofóbicos con el agua. Este proceso es llamado de adsorción, y causa un cambio en las propiedades de la interface.
Un surfactante puede reducir la tensión superficial de 73 a 30 dinas por centímetro cuando se le usa a una concentración de 0.005%. Por otro lado, el etanol cuando se le usa a una concentración del 20%, solo reduce la tensión superficial del agua a 38 dinas por centímetro. Recordemos que las moléculas del surfactante están hechas de un componente soluble en agua (hidrofílico) y otro componente insoluble (hidrofóbico).
La parte hidrofóbica es equivalente a una cadena formada por 8 a 18 carbonos dentro de la cadena, y pueden ser alifáticos, aromáticos o una mezcla de ambos. Las fuentes de estos compuestos hidrofóbicos son generalmente grasas y aceites naturales, fracciones del petróleo, polímeros de cadena relativamente corta, o alcoholes sintéticos de peso molecular relativamente alto. Los grupos hidrofílicos proporcionan las características especiales a los surfactantes, y pueden ser aniónicos, catiónicos o no iónicos por naturaleza. Los compuestos hidrofílicos aniónicos son los carboxilatos (jabones), sulfatos, sulfonatos y fosfatos. Los hidrofílicos catiónicos pueden ser algunas de las aminas. La parte final hidrofílica del surfactante es atraída fuertemente por las moléculas de agua, mientras que la fuerza de atracción entre la parte hidrofóbica y el agua es muy pequeña. Como resultado, las moléculas del surfactante se alinean en la superficie de tal forma que la parte hidrofílica se orienta hacia el agua y la parte hidrofóbica es rechazada por el agua.
Debido a este comportamiento de orientarse a las superficies y de formar aglomerados llamados micelas, todos los surfactantes realizan ciertas funciones bien definidas. Sin embargo cada surfactante está especializado en ciertas funciones mientras que algunos tienen otras muy diferentes. La función de detergencia o de limpieza proviene de una compleja combinación de todas las funciones mencionadas anteriormente.
Los surfactantes anfotéricos poseen grupos polares que después de una ionización pueden impartirle a la molécula cargas positivas y negativas. La carga positiva es casi siempre desarrollada por un grupo amonio y la carga negativa es a menudo un carboxilato. Si el grupo amonio es cuaternario, la molécula existirá en un intervalo amplio de pH debido a que permanecerá cargado constantemente. Si no es así, la molécula se comportará como un verdadero surfactante anfotérico, esto es, la molécula cambiará de catiónico a anfotérico, y finalmente a aniónico conforme se incrementa el valor del pH. Algunos ejemplos de estos surfactantes son los derivados de N-alquilos de aminoácidos simples como la glicina (NH2CH2COOH), el ácido aminopropiónico (NH2CH2CH2COOH) y las alquil betaínas.
El fenómeno de la adsorción es el proceso de acumulación llevada a cabo en una superficie, a diferencia de la absorción que implica la penetración de un componente dentro del cuerpo de un segundo.
Existen dos tipos de adsorción de forma general:
Adsorción física, en la cual el adsorbato se encuentra unido a la superficie a través de pequeñas fuerzas de Van der Waals.
Los factores que afectan la adsorción son los siguientes:
Solubilidad del adsorbato. En general, el grado de adsorción de un soluto es inversamente proporcional a su solubilidad en el solvente desde cuya adsorción ocurre.
En general, para moléculas simples la adsorción se incrementa conforme se inhibe la ionización, de tal forma que la adsorción se maximiza cuando la molécula está completamente no ionizada.
Los surfactantes aniónicos son los más usados en diferentes aplicaciones de limpieza. Además de tener la capacidad de emulsificar los aceites, pueden ser usados en suelos con partículas y limpiar superficies. Esto es porque la parte de la molécula cargada negativamente es repelida por la mayor parte de las superficies, que también llegan a tener una carga negativa. La gran mayoría de los surfactantes aniónicos generarán bastante espuma en la soluciones que tengan una concentración crítica de micelas (CMC) mayor que su valor crítico, lo cual es un atributo deseable en la mayoría de aplicaciones de limpieza, pero se puede restringir el uso de estos surfactantes en áreas donde el exceso de espuma puede ser un problema.
En una planta de tratamiento de aguas residuales la eliminación de surfactantes se lleva a cabo mediante una coagulación y floculación química, donde una primera etapa consiste en un mezclado rápido, un mezclado lento de 20 a 30 minutos, y la etapa final de precipitación durante una hora, para lo cual se agrega un volumen conocido de solución de cloruro férrico realizando ajustes del pH con H2S04 y NaOH.
Para una medición de la eficiencia de este proceso y para evaluar la calidad del tratamiento final del agua, HANNA® instruments fabrica el medidor de surfactantes aniónicos HI96769, que tiene un intervalo de 0.00 a 3.50 mg/L (ppm), una exactitud de ±0.04 mg/L, lámpara de tungsteno y fotodetector de silicio, teniendo un método que es una adaptación del 425.1 de la USEPA y de la norma Métodos Estándar para el análisis de agua potable y agua residual, 20ª. Edición. Se suministra con 2 celdas de medición, batería, certificado de calidad y manual de instrucciones.
| Especificaciones | HI96769 Medidor de surfactantes aniónicos |
| Intervalo | 0.00 a 3.50 mg/L (ppm) como SDBS |
| Resolución | 0.01 mg/L |
| Exactitud @ 25°C (77 °F) | ±0.04 mg/L ±3% de la lectura |
| Fuente de luz | lámpara de tungsteno |
| Detector de luz | fotocelda de silicón con un filtro de banda estrecha para interferencia @ 610 nm |
| Fuente de alimentación | Batería de 9 V |
| Autoapagado | después de 10 minutos de no usarse en el modo de medición; después de una hora de no utilizarse en el modo de calibración; con recordatorio de la última lectura |
| Condiciones ambientales | 0 a 50°C (32 a 122°F); HR máx. 95% no condensante |
| Dimensiones | 193x104x69 mm |
| Peso | 360g |
| Método | adaptación del método 425.1 de la USEPA y del 5540C de los Métodos Estándar para el análisis de agua potable y agua Residual, vigésima edición, surfactantes aniónicos como MBAS |
| Información para ordenar | El HI96769 incluye 2 celdas de medición con tapas, batería de 9V, certificado de calidad del equipo y manual de instrucciones. Los reactivos estándares y de prueba CAL CheckTM se venden por separado El HI96769C incluye el fotómetro, los estándares Cal CheckTM, 2 celdas de medición con tapas, 2 viales de vidrio de 25 mL con tapas, 3 pipetas de plástico, batería de 9V,paño de microfibra, certificado de calidad del equipo, manual de instrucciones y maletín rígido de transporte. Los reactivos se venden por separado |
| Reactivos y estándares | HI96769-11 celdas estándar CAL CheckTM |
| HI96769-01 reactivos para 40 pruebas de surfactantes aniónicos |
Referencias
O´Lenick, A. Surfactants: strategic personal care ingredients. Disponible en:
https://www.scientificspectator.com/documents/Surfactant%20Book%202007.pdf
Farn, R.G. Chemistry and technology of surfactants. Blackwell Publishing Ltd. UK, 2006. pp 46-48, 91-92.
Removal of surfactant from industrial wastewaters by coagulation flocculation process
Disponible en: https://www.bioline.org.br/pdf?st06041