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¿Qué es la nanofiltración?

Nanofiltración

Nanofiltración

La nanofiltración es un proceso de filtración por medio de una membrana nanoporosa que se utiliza en aguas de bajos sólidos disueltos totales. El propósito es quitar los iones polivalentes, además de desinfectarla mediante la retención de materia orgánica.

El proceso utiliza una membrana controlado por presión, cuya capacidad para repeler moléculas iónicas o moleculares es una filtración intermedia entre la ultrafiltración y la ósmosis inversa. Las membranas de nanofiltración, las membranas orgánicas o las membranas cerámicas pueden ser densas o porosas. Las membranas de nanofiltración pueden aumentar el espacio vacío, o nanovoide disponibles para el transporte (Baker, 2004; Van der Bruggen, 2009; Crespo, 2010).

Los tamaños de estos nanocuerpos que forman la transición entre las películas microporosa y densa pueden estar en el rango de 0.5 – 1 nm (Baker, 2004). Generalmente se cree que las membranas de nanofiltración tienen un valor límite nominal entre 1000 y 200 Da.

En comparación con la ultrafiltración y la ósmosis inversa, la nanofiltración es un proceso difícil de definir y describir (Van der Bruggen et al., 2008; Geens, et al., 2006). Las propiedades específicas de las membranas de nanofiltración son principalmente una combinación de capacidad de eliminación muy alta (>99 %) para iones multivalentes combinada con capacidad de eliminación baja a moderada (<aprox. 70 %) y alto rechazo (>90 %) para iones monovalentes.

Los compuestos orgánicos tienen una masa molecular mayor que las membranas. El mecanismo de transporte de masa depende en gran medida de la estructura de la membrana y de las interacciones entre la membrana y las moléculas de transporte. La eficiencia de la separación se puede controlar mediante los efectos de cribado (donde el tamaño de los nanoporos y el tamaño de las partículas del soluto juegan un papel importante) o las propiedades de disolución y difusión de las partículas del soluto.

En el caso de partículas cargadas, el campo eléctrico tiene un cierto efecto de transporte. Tres parámetros son importantes para el funcionamiento de un dispositivo de nanofiltración: permeabilidad del disolvente o flujo de membrana, eliminación de soluto y rendimiento o recuperación. Consideremos las expresiones más importantes que pueden predecir la eficiencia de separación de la nanofiltración.

¿Cómo funcionan estos sistemas?

La nanofiltración es una tecnología de filtración de flujo cruzado. El tamaño de poro de la membrana es de aproximadamente de 1 nm, y la presión para utilizarla (75 psi) es menor a la de la ósmosis inversa (150 psi).

El inconveniente más grande que puede tener este sistema es que deja pasar los iones monovalentes.

El proceso de nanofiltración es capaz de bajar la concentración de sólidos disueltos totales, aunque en menor cantidad que la RO.

La nanofiltración se puede utilizar en varias aplicaciones como puede ser:

  • Fabricación de medicamentos
  • Producción de productos lácteos
  • Textiles
  • Cocinas industriales
  • Agua potable
  • Agua de laboratorio médico

Clasificación de las membranas de separación, de acuerdo con la abertura de sus poros

Recordar:

1 mm = 1000 μm

1 μm = 1000 nanómetros (nm)

1 nm = Angstroms (Å)

Aplicaciones de la nanofiltración:

Las aplicaciones industriales de la nanofiltración son comunes en las industrias alimenticia y láctea, de procesamiento químico, de pulpa y papel y textil, aunque la principal aplicación sigue siendo en el tratamiento de agua dulce, procesos y espumas.

En el tratamiento del agua, el NF se utiliza para el pulido al final de los procesos convencionales. No se puede usar para la desalinización, pero es un suavizador de agua efectivo porque el principal químico endurecedor es divalente. A primera vista, la NF parece ocupar poco espacio en el proceso de MBR (bioreactor de membrana) porque el mayor diferencial de presión transmembrana requerido para la NF no está disponible en la mayoría de los sistemas de biorreactores, pero la MBR tiene una serie de aplicaciones de reacción biológica específicas.

Encuentra una ubicación. La revisión de Smith cubre todo el campo de la nanotecnología, incluidas las referencias a las fibras de argonuro de alúmina NanoCeram de 2 nm para filtrar el 99.9999 % de los quistes bacterianos, virales y protozoarios (actualmente disponibles bajo la forma de tecnología Ahlstrom Disruptor). Las membranas NF también se utilizan para eliminar sustancias orgánicas naturales del agua, especialmente sabor, olor y color, y para eliminar rastros de herbicidas en grandes chorros de agua. También se pueden utilizar para eliminar residuos de desinfectantes del agua potable.

Hay muchas aplicaciones en la industria alimentaria. En la industria láctea, el NF se usa para espesar y absorber el suero de otros procesos de suero, así como para el reciclaje en el sitio. Durante la producción de azúcar, la NF concentra el jarabe de glucosa y el agua azucarada fina mientras se desaliniza la salmuera de intercambio iónico. La nanofiltración se utiliza para la solución antiespumante en el procesamiento de aceite de cocina, la producción continua de queso y la producción de edulcorantes alternativos.

Las industrias químicas (incluidas la petroquímica y la farmacéutica) pueden tener tantas aplicaciones diferentes como el resto de la industria combinada. Mucho más de lo que se usa en las plantas todavía está en la etapa de concepto, pero NF es una valiosa contribución a la industria química en su conjunto. La producción de sal a partir de salmuera natural utiliza NF como un proceso de refinación, mientras que la mayoría de los procesos químicos producen residuos muy tóxicos de los que a menudo se pueden obtener productos químicos valiosos. El alto valor de muchos productos farmacéuticos y biotecnológicos permite el uso de NF en sus procesos de purificación.

La industria de la pulpa y el papel utiliza grandes cantidades de agua en su proceso de fabricación, y la industria está trabajando para reducir esta cantidad, principalmente “cerrando el ciclo del agua” en sistemas donde las propiedades del líquido son bajas. El filtrado de NF juega un papel importante.

Todas estas aplicaciones mencionadas específicamente son a base de agua, pero la nanofiltración no se limita al tratamiento de suspensiones de agua. De hecho, una de las mayores instalaciones de NF está instalada en una refinería de petróleo crudo para la separación de petróleo. En su revisión de la nanofiltración de solventes orgánicos, Boam y Nozari indican que muchos procesos de separación en sistemas orgánicos consumen mucha energía y que la NF podría ser una alternativa económica que ahorra mucha energía (en comparación con la destilación, por ejemplo).

En los sistemas de tratamiento de agua, la nanofiltración utiliza materiales poliméricos hidrofílicos como polietersulfonas, poliamidas y derivados de celulosa. Estos materiales pierden rápidamente su estabilidad cuando se exponen a disolventes orgánicos. Como resultado, se han desarrollado membranas especiales con un rendimiento similar al de los sistemas acuosos y ahora se utilizan para el intercambio de solventes, la recuperación y separación de solventes, la recuperación de catalizadores y la eliminación de metales pesados.

Diferencia entre nanofiltración y ósmosis inversa

Si bien los sistemas de nanofiltración y ósmosis inversa comparten el mismo diseño y aplicaciones operativas, existen algunas diferencias significativas entre ellos. La principal diferencia es que la nanofiltración no es tan rigurosa como la ósmosis inversa. Funciona a baja presión de agua y no elimina completamente los iones cargados individuales del agua como las membranas de ósmosis inversa.

Mientras que los sistemas de ósmosis inversa pueden eliminar hasta el 99 % del cloruro y el sodio, las membranas de nanofiltración normalmente solo eliminan entre el 50 y el 80 %. Este porcentaje depende del tipo de material y del proceso de fabricación de la película. Sin embargo, debido a su eficacia en la eliminación de iones multicargados, la nanofiltración es la opción preferida para eliminar la dureza del agua sin afectar los sólidos disueltos totales, en lugar de la ósmosis inversa.

Fuente:

https://www.sciencedirect.com/topics/chemical-engineering/nanofiltration

Última modificación: 24 marzo 2022

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