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O princípio, classificação, seleção e dosagem de antiespumantes

O problema da espuma no tratamento de água tem intrigado muitas pessoas. Na fase inicial de comissionamento, espuma, espuma surfactante, espuma de impacto, espuma de peróxido, espuma gerada pela adição de bactericida não oxidante no tratamento de água circulante, etc., tornam o uso de antiespumantes no tratamento de água relativamente comum. Este artigo apresenta de forma abrangente o princípio, a classificação, a seleção e a dosagem de antiespumantes!

★ Eliminação de espuma
1. Métodos físicos

Do ponto de vista físico, os métodos para eliminar a espuma incluem principalmente a colocação de defletores ou telas filtrantes, agitação mecânica, eletricidade estática, congelamento, aquecimento, vapor, irradiação por raios, centrifugação de alta velocidade, redução de pressão, vibração de alta frequência, descarga instantânea e ultrassom (controle acústico de líquido). Todos esses métodos promovem a taxa de transmissão de gás em ambas as extremidades do filme líquido e a descarga de líquido do filme de bolhas em graus variados, tornando o fator de estabilidade da espuma menor que o fator de atenuação, de modo que a quantidade de espuma diminui gradualmente. No entanto, a desvantagem comum desses métodos é que eles são altamente limitados por fatores ambientais e têm uma baixa taxa de desespumação. As vantagens são a proteção ambiental e a alta taxa de reutilização.

2. Métodos químicos

Os métodos químicos para eliminar espuma incluem principalmente métodos de reação química e adição de antiespumante.

O método de reação química refere-se à reação química entre o agente espumante e o agente espumante, adicionando alguns reagentes para gerar substâncias insolúveis em água, reduzindo assim a concentração de surfactante no filme líquido e promovendo a ruptura da espuma. No entanto, este método apresenta algumas desvantagens, como a incerteza quanto à composição do agente espumante e os danos causados ​​pelas substâncias insolúveis aos equipamentos do sistema. O método de desespumação mais utilizado em diversas indústrias atualmente é o método de adição de antiespumantes. A maior vantagem deste método é sua alta eficiência antiespumante e facilidade de uso. No entanto, encontrar um antiespumante adequado e eficiente é fundamental.

★O princípio do antiespumante

Os antiespumantes, também conhecidos como antiespumantes, têm os seguintes princípios:

1. O mecanismo de redução da tensão superficial local da espuma, que leva ao seu rompimento, consiste na pulverização de álcoois superiores ou óleos vegetais sobre a espuma, que, quando dissolvidos no líquido da espuma, reduzem significativamente a tensão superficial. Como essas substâncias geralmente têm baixa solubilidade em água, a redução da tensão superficial limita-se à parte local da espuma, enquanto a tensão superficial ao redor da espuma praticamente não se altera. A parte com tensão superficial reduzida é fortemente puxada e estendida em todas as direções, rompendo-se finalmente.

2. A destruição da elasticidade da membrana faz com que o antiespumante de quebra de bolhas adicionado ao sistema de espuma se difunda para a interface gás-líquido, dificultando a recuperação da elasticidade da membrana pelo surfactante com efeito estabilizador de espuma.

3. Antiespumantes que promovem a drenagem da película líquida podem promover a drenagem da película líquida, causando o estouro das bolhas. A taxa de drenagem da espuma pode refletir a estabilidade da espuma. Adicionar uma substância que acelere a drenagem da espuma também pode desempenhar um papel na antiespuma.

4. A adição de partículas sólidas hidrofóbicas pode causar o estouro de bolhas na superfície. As partículas sólidas hidrofóbicas atraem a extremidade hidrofóbica do surfactante, tornando-as hidrofílicas e entrando na fase aquosa, desempenhando assim um papel na antiespuma.

5. Surfactantes solubilizantes e espumantes podem causar o estouro de bolhas. Algumas substâncias de baixo peso molecular que podem ser totalmente misturadas à solução podem solubilizar o surfactante e reduzir sua concentração efetiva. Substâncias de baixo peso molecular com esse efeito, como octanol, etanol, propanol e outros álcoois, podem não apenas reduzir a concentração do surfactante na camada superficial, mas também se dissolver na camada de adsorção do surfactante, reduzindo a compactação das moléculas do surfactante e, assim, enfraquecendo a estabilidade da espuma.

6. A dupla camada elétrica do surfactante atua como antiespumante na quebra de eletrólitos, interagindo com a espuma para produzir um líquido espumante estável. A adição de eletrólito comum pode causar o colapso da dupla camada elétrica do surfactante.

★ Classificação dos antiespumantes

Os antiespumantes comumente usados ​​podem ser divididos em silicone (resina), surfactante, alcano e óleo mineral, de acordo com sua composição.

1. Antiespumantes de silicone (resina), também conhecidos como antiespumantes de emulsão, são usados ​​para emulsionar e dispersar resina de silicone com emulsificantes (surfactantes) em água antes de adicioná-la ao esgoto. O pó fino de dióxido de silício é outro tipo de antiespumante à base de silicone com melhor efeito antiespumante.

2. Surfactantes como antiespumantes são na verdade emulsificantes, ou seja, eles usam a dispersão de surfactantes para manter as substâncias formadoras de espuma em um estado emulsionado estável na água, de modo a evitar a formação de espuma.

3. Antiespumantes à base de alcanos são antiespumantes produzidos pela emulsificação e dispersão de cera de parafina ou seus derivados com o uso de emulsificantes. Seu uso é semelhante ao dos antiespumantes emulsificantes à base de surfactantes.

4. O óleo mineral é o principal componente antiespumante. Para melhorar o efeito, às vezes são misturados sabão metálico, óleo de silicone, sílica e outras substâncias. Além disso, diversos surfactantes podem ser adicionados para facilitar a difusão do óleo mineral na superfície da solução espumante ou para dispersar uniformemente os sabões metálicos e outras substâncias no óleo mineral.
★ Vantagens e desvantagens dos diferentes tipos de antiespumantes

A pesquisa e a aplicação de antiespumantes orgânicos, como óleos minerais, amidas, álcoois inferiores, ácidos graxos e ésteres de ácidos graxos, ésteres de fosfato, etc., são relativamente recentes e pertencem à primeira geração de antiespumantes. Eles apresentam as vantagens de fácil disponibilidade de matérias-primas, alto desempenho ambiental e baixos custos de produção; as desvantagens são baixa eficiência antiespumante, alta especificidade e condições adversas de uso.

Os antiespumantes de poliéter são antiespumantes de segunda geração, incluindo principalmente poliéteres de cadeia linear, poliéteres a partir de álcoois ou amônia e derivados de poliéter com esterificação do grupo terminal. A maior vantagem dos antiespumantes de poliéter é sua forte capacidade antiespumante. Além disso, alguns antiespumantes de poliéter também apresentam excelentes propriedades, como resistência a altas temperaturas, forte resistência a ácidos e álcalis; as desvantagens são limitadas pelas condições de temperatura, áreas de aplicação estreitas, baixa capacidade antiespumante e baixa taxa de quebra de bolhas.

Os antiespumantes de silicone orgânico (antiespumantes de terceira geração) apresentam alto desempenho antiespumante, rápida capacidade de desespuma, baixa volatilidade, ausência de toxicidade ambiental, ausência de inércia fisiológica e ampla gama de aplicações. Portanto, apresentam amplas perspectivas de aplicação e enorme potencial de mercado, mas seu desempenho antiespumante é baixo.

O antiespumante de polissiloxano modificado com poliéter combina as vantagens dos antiespumantes de poliéter e dos antiespumantes de organossilício, sendo a direção do desenvolvimento dos antiespumantes. Às vezes, pode ser reutilizado devido à sua solubilidade reversa, mas atualmente existem poucos tipos desses antiespumantes e eles ainda estão em fase de pesquisa e desenvolvimento, resultando em altos custos de produção.

★ Seleção de antiespumantes

A seleção de antiespumantes deve atender aos seguintes critérios:

1. Se for insolúvel ou insolúvel na solução espumante, a espuma será quebrada. O antiespumante deve ser concentrado na película de espuma. Para antiespumantes, eles devem ser concentrados e concentrados instantaneamente, enquanto para supressores de espuma, eles devem ser mantidos nesse estado regularmente. Portanto, os antiespumantes estão em um estado supersaturado em líquidos espumantes, e apenas aqueles insolúveis ou pouco solúveis são propensos a atingir a supersaturação. Insolúveis ou difíceis de dissolver, são fáceis de agregar na interface gás-líquido, fáceis de concentrar na membrana da bolha e podem funcionar em concentrações mais baixas. O antiespumante usado em sistemas de água, as moléculas do ingrediente ativo, devem ser fortemente hidrofóbicas e fracamente hidrofílicas, com um valor de HLB na faixa de 1,5-3 para o melhor efeito.

2. A tensão superficial é menor que a do líquido espumante, e somente quando as forças intermoleculares do antiespumante são pequenas e a tensão superficial é menor que a do líquido espumante, as partículas antiespumantes podem penetrar e se expandir na película de espuma. Vale ressaltar que a tensão superficial da solução espumante não é a tensão superficial da solução, mas sim a tensão superficial da solução espumante.

3. Existe um certo grau de afinidade com o líquido espumante. Como o processo de desespuma é, na verdade, uma competição entre a velocidade de colapso da espuma e a velocidade de geração de espuma, o antiespumante deve ser capaz de se dispersar rapidamente no líquido espumante para atuar rapidamente em uma gama mais ampla de líquidos espumantes. Para que o antiespumante se difunda rapidamente, o ingrediente ativo do antiespumante deve ter um certo grau de afinidade com a solução espumante. Os ingredientes ativos dos antiespumantes estão muito próximos dos líquidos espumantes e se dissolvem; muito esparsos e difíceis de dispersar. Somente quando a proximidade é adequada a eficácia pode ser boa.

4. Os antiespumantes não sofrem reações químicas com líquidos espumantes. Quando reagem com líquidos espumantes, perdem sua eficácia e podem produzir substâncias nocivas que afetam o crescimento microbiano.

5. Baixa volatilidade e longa duração de ação. Primeiramente, é necessário determinar se o sistema que requer o uso de antiespumantes é à base de água ou óleo. Na indústria de fermentação, devem ser utilizados antiespumantes à base de óleo, como silicone modificado com poliéter ou à base de poliéter. A indústria de revestimentos à base de água requer antiespumantes à base de água e antiespumantes de silício orgânico. Selecione o antiespumante, compare a quantidade adicionada e, com base no preço de referência, determine o produto antiespumante mais adequado e econômico.

★Fatores que afetam a eficácia do uso de antiespumantes

1. A dispersibilidade e as propriedades superficiais dos antiespumantes em solução afetam significativamente outras propriedades antiespumantes. Os antiespumantes devem ter um grau adequado de dispersão, e partículas muito grandes ou muito pequenas podem afetar sua atividade antiespumante.

2. Compatibilidade do antiespumante em sistemas de espuma: Quando o surfactante está completamente dissolvido em solução aquosa, ele geralmente é disposto direcionalmente na interface gás-líquido da espuma para estabilizá-la. Quando o surfactante está em estado insolúvel ou supersaturado, as partículas se dispersam na solução e se acumulam na espuma, que atua como antiespumante.

3. A temperatura ambiente do sistema de formação de espuma e a temperatura do líquido espumante também podem afetar o desempenho do antiespumante. Quando a temperatura do próprio líquido espumante for relativamente alta, recomenda-se o uso de um antiespumante especial resistente a altas temperaturas, pois, se for utilizado um antiespumante comum, o efeito antiespumante certamente será bastante reduzido, e o antiespumante desemulsionará diretamente a loção.

4. A embalagem, o armazenamento e o transporte dos antiespumantes são adequados para armazenamento entre 5 e 35 ℃, e a vida útil é geralmente de 6 meses. Não coloque perto de fontes de calor nem exponha à luz solar. De acordo com os métodos de armazenamento de produtos químicos comumente usados, certifique-se de vedar após o uso para evitar deterioração.

6. A proporção de adição de antiespumantes à solução original e à solução diluída apresenta algum desvio, e a proporção não é igual. Devido à baixa concentração de surfactante, a loção antiespumante diluída é extremamente instável e não descama rapidamente. O desempenho antiespumante é relativamente baixo, o que não é adequado para armazenamento a longo prazo. Recomenda-se o uso imediatamente após a diluição. A proporção de antiespumante adicionado precisa ser verificada por meio de testes no local para avaliar sua eficácia, e não deve ser adicionado em excesso.

★A dosagem do antiespumante

Existem muitos tipos de antiespumantes, e a dosagem necessária para cada tipo varia. A seguir, apresentaremos a dosagem de seis tipos de antiespumantes:

1. Antiespumante alcoólico: Ao usar antiespumantes alcoólicos, a dosagem geralmente fica entre 0,01-0,10%.

2. Antiespumantes à base de óleo: A quantidade de antiespumantes à base de óleo adicionada está entre 0,05-2%, e a quantidade de antiespumantes de éster de ácido graxo adicionados está entre 0,002-0,2%.

3. Antiespumantes de amida: Os antiespumantes de amida têm um efeito melhor, e a quantidade de adição geralmente fica entre 0,002-0,005%.

4. Antiespumante de ácido fosfórico: Os antiespumantes de ácido fosfórico são mais comumente usados ​​em fibras e óleos lubrificantes, com uma quantidade adicionada entre 0,025-0,25%.

5. Antiespumante de amina: Os antiespumantes de amina são usados ​​principalmente no processamento de fibras, com uma quantidade adicionada de 0,02-2%.

7. Antiespumantes à base de éter: Antiespumantes à base de éter são comumente usados ​​em impressão de papel, tingimento e limpeza, com uma dosagem típica de 0,025-0,25%.