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Il principio, la classificazione, la selezione e il dosaggio degli antischiuma

Il problema della schiuma nel trattamento delle acque ha lasciato perplessi molti. Nella fase iniziale della messa in servizio, si formano schiuma, schiuma tensioattiva, schiuma d'impatto, schiuma al perossido, schiuma generata dall'aggiunta di battericidi non ossidanti nel trattamento dell'acqua circolante, ecc., quindi l'uso di antischiuma nel trattamento delle acque è relativamente comune. Questo articolo introduce in modo completo il principio, la classificazione, la selezione e il dosaggio degli antischiuma!

★ Eliminazione della schiuma
1. Metodi fisici

Dal punto di vista fisico, i metodi per eliminare la schiuma includono principalmente l'installazione di un deflettore o di un filtro, l'agitazione meccanica, l'elettricità statica, il congelamento, il riscaldamento, il vapore, l'irradiazione a raggi, la centrifugazione ad alta velocità, la riduzione della pressione, la vibrazione ad alta frequenza, la scarica istantanea e gli ultrasuoni (controllo acustico del liquido). Tutti questi metodi favoriscono la trasmissione del gas a entrambe le estremità del film liquido e la scarica del liquido dal film a bolle in misura variabile, rendendo il fattore di stabilità della schiuma inferiore al fattore di attenuazione, con conseguente graduale riduzione della quantità di schiuma. Tuttavia, lo svantaggio comune di questi metodi è che sono fortemente vincolati da fattori ambientali e hanno un basso tasso di antischiuma. I vantaggi sono la tutela dell'ambiente e l'elevato tasso di riutilizzo.

2. Metodi chimici

I metodi chimici per eliminare la schiuma comprendono principalmente il metodo della reazione chimica e l'aggiunta di un antischiuma.

Il metodo di reazione chimica si riferisce alla reazione chimica tra l'agente schiumogeno e il liquido schiumogeno stesso, mediante l'aggiunta di alcuni reagenti per generare sostanze insolubili in acqua, riducendo così la concentrazione di tensioattivo nel film liquido e favorendo la rottura della schiuma. Tuttavia, questo metodo presenta alcuni svantaggi, come l'incertezza della composizione dell'agente schiumogeno e il rischio di danni alle apparecchiature del sistema causati dalle sostanze insolubili. Il metodo antischiuma più utilizzato in vari settori industriali è oggi quello che prevede l'aggiunta di antischiuma. Il principale vantaggio di questo metodo è l'elevata efficienza antischiuma e la facilità d'uso. Tuttavia, trovare un antischiuma adatto ed efficiente è fondamentale.

★Il principio dell'antischiuma

Gli antischiuma, noti anche come antischiuma, hanno i seguenti principi:

1. Il meccanismo con cui la schiuma si riduce localmente, portando alla sua rottura, è dovuto al fatto che alcoli superiori o oli vegetali vengono spruzzati sulla schiuma e, una volta disciolti nel liquido che la costituisce, la tensione superficiale si riduce significativamente. Poiché queste sostanze hanno generalmente una bassa solubilità in acqua, la riduzione della tensione superficiale è limitata alla parte locale della schiuma, mentre la tensione superficiale attorno alla schiuma non subisce praticamente alcuna variazione. La parte con tensione superficiale ridotta viene tirata ed estesa con forza in tutte le direzioni, fino a rompersi.

2. La distruzione dell'elasticità della membrana porta all'aggiunta di un antischiuma che rompe le bolle al sistema di schiuma, il quale si diffonderà nell'interfaccia gas-liquido, rendendo difficile per il tensioattivo con effetto stabilizzante della schiuma recuperare l'elasticità della membrana.

3. Gli antischiuma che favoriscono il drenaggio del film liquido possono favorire il drenaggio del film liquido, provocando così la rottura delle bolle. La velocità di drenaggio della schiuma può rifletterne la stabilità. Anche l'aggiunta di una sostanza che accelera il drenaggio della schiuma può svolgere un ruolo nell'effetto antischiuma.

4. L'aggiunta di particelle solide idrofobiche può causare la rottura delle bolle sulla superficie. Le particelle solide idrofobiche attraggono l'estremità idrofobica del tensioattivo, rendendo le particelle idrofobiche idrofile e permettendo loro di entrare nella fase acquosa, svolgendo così un ruolo nell'azione antischiuma.

5. I tensioattivi solubilizzanti e schiumogeni possono causare la rottura delle bolle. Alcune sostanze a basso peso molecolare che possono essere completamente miscelate con la soluzione possono solubilizzare il tensioattivo e ridurne la concentrazione effettiva. Le sostanze a basso peso molecolare con questo effetto, come ottanolo, etanolo, propanolo e altri alcoli, possono non solo ridurre la concentrazione del tensioattivo nello strato superficiale, ma anche dissolversi nello strato di adsorbimento del tensioattivo, riducendo la compattezza delle molecole di tensioattivo e indebolendo così la stabilità della schiuma.

6. Il doppio strato elettrico del tensioattivo di degradazione dell'elettrolita svolge un ruolo antischiuma nell'interazione del doppio strato elettrico del tensioattivo con la schiuma per produrre un liquido schiumogeno stabile. L'aggiunta di elettrolita ordinario può far collassare il doppio strato elettrico del tensioattivo.

★ Classificazione degli antischiuma

Gli antischiuma comunemente utilizzati possono essere suddivisi in silicone (resina), tensioattivi, alcani e oli minerali, a seconda della loro composizione.

1. Gli antischiuma siliconici (resina), noti anche come antischiuma in emulsione, vengono utilizzati emulsionando e disperdendo la resina siliconica con emulsionanti (tensioattivi) in acqua prima di aggiungerla alle acque reflue. La polvere fine di biossido di silicio è un altro tipo di antischiuma a base di silicio con un migliore effetto antischiuma.

2. I tensioattivi come gli antischiuma sono in realtà emulsionanti, ovvero sfruttano la dispersione di tensioattivi per mantenere le sostanze schiumogene in uno stato emulsionato stabile in acqua, in modo da evitare la formazione di schiuma.

3. Gli antischiuma a base di alcani sono prodotti emulsionando e disperdendo paraffina o suoi derivati ​​con l'uso di emulsionanti. Il loro utilizzo è simile a quello degli antischiuma emulsionanti a base di tensioattivi.

4. L'olio minerale è il principale componente antischiuma. Per migliorarne l'effetto, a volte si mescolano saponi metallici, olio siliconico, silice e altre sostanze. Inoltre, a volte si possono aggiungere vari tensioattivi per facilitare la diffusione dell'olio minerale sulla superficie della soluzione schiumogena o per disperdere uniformemente i saponi metallici e altre sostanze nell'olio minerale.
★ Vantaggi e svantaggi dei diversi tipi di antischiuma

La ricerca e l'applicazione di antischiuma organici come oli minerali, ammidi, alcoli inferiori, acidi grassi ed esteri di acidi grassi, esteri fosforici, ecc. sono relativamente recenti e appartengono alla prima generazione di antischiuma. Presentano i vantaggi di una facile reperibilità delle materie prime, elevate prestazioni ambientali e bassi costi di produzione; gli svantaggi sono la bassa efficienza antischiuma, l'elevata specificità e le condizioni di utilizzo gravose.

Gli antischiuma a base di polietere sono antischiuma di seconda generazione, e comprendono principalmente polieteri a catena lineare, polieteri a partire da alcoli o ammoniaca e derivati ​​polieterei con esterificazione dei gruppi terminali. Il principale vantaggio degli antischiuma a base di polietere è la loro elevata capacità antischiuma. Inoltre, alcuni antischiuma a base di polietere presentano anche eccellenti proprietà, come resistenza alle alte temperature, elevata resistenza ad acidi e alcali; gli svantaggi sono limitati dalle condizioni di temperatura, dagli ambiti di applicazione ristretti, dalla scarsa capacità antischiuma e dalla bassa velocità di rottura delle bolle.

Gli antischiuma siliconici organici (antischiuma di terza generazione) presentano elevate prestazioni antischiuma, rapida capacità di deschiuma, bassa volatilità, assenza di tossicità per l'ambiente, assenza di inerzia fisiologica e un'ampia gamma di applicazioni. Pertanto, presentano ampie prospettive applicative e un enorme potenziale di mercato, ma le loro prestazioni antischiuma sono scarse.

L'antischiuma polisilossanico modificato con polietere combina i vantaggi degli antischiuma a base di polietere e degli antischiuma organosilicio, e rappresenta la direzione di sviluppo degli antischiuma. Talvolta può essere riutilizzato grazie alla sua solubilità inversa, ma attualmente esistono poche tipologie di antischiuma di questo tipo e sono ancora in fase di ricerca e sviluppo, con conseguenti elevati costi di produzione.

★ Selezione di antischiuma

La selezione degli antischiuma deve soddisfare i seguenti criteri:

1. Se è insolubile o insolubile nella soluzione schiumogena, romperà la schiuma. L'antischiuma deve essere concentrato sul film di schiuma. Per gli antischiuma, la concentrazione deve essere istantanea, mentre per gli antischiuma, deve essere mantenuto regolarmente in questo stato. Quindi, gli antischiuma sono in uno stato sovrassaturo nei liquidi schiumogeni e solo quelli insolubili o scarsamente solubili tendono a raggiungere la sovrassaturazione. Insolubile o difficile da sciogliere, è facile da aggregare all'interfaccia gas-liquido, facile da concentrare sulla membrana a bolle e può funzionare a concentrazioni inferiori. L'antischiuma utilizzato nei sistemi idrici, ovvero le molecole del principio attivo, deve essere fortemente idrofobico e debolmente idrofilo, con un valore HLB compreso tra 1,5 e 3 per ottenere l'effetto migliore.

2. La tensione superficiale è inferiore a quella del liquido schiumogeno e solo quando le forze intermolecolari dell'antischiuma sono ridotte e la tensione superficiale è inferiore a quella del liquido schiumogeno, le particelle dell'antischiuma possono penetrare ed espandersi sul film di schiuma. È importante notare che la tensione superficiale della soluzione schiumogena non è la tensione superficiale della soluzione, ma la tensione superficiale della soluzione schiumogena.

3. Esiste un certo grado di affinità con il liquido schiumogeno. Poiché il processo di deschiuma è in realtà una competizione tra la velocità di collasso della schiuma e la velocità di generazione della schiuma, l'antischiuma deve essere in grado di disperdersi rapidamente nel liquido schiumogeno per poter svolgere rapidamente il suo ruolo in una gamma più ampia di liquidi schiumogeni. Per far sì che l'antischiuma si diffonda rapidamente, il suo principio attivo deve avere un certo grado di affinità con la soluzione schiumogena. I principi attivi degli antischiuma sono troppo vicini ai liquidi schiumogeni e si dissolveranno; sono troppo sparsi e difficili da disperdere. Solo quando la vicinanza è adeguata l'efficacia può essere buona.

4. Gli antischiuma non subiscono reazioni chimiche con i liquidi schiumogeni. Quando reagiscono con i liquidi schiumogeni, perdono la loro efficacia e possono produrre sostanze nocive che influenzano la crescita microbica.

5. Bassa volatilità e lunga durata d'azione. Innanzitutto, è necessario determinare se il sistema che richiede l'uso di antischiuma è a base d'acqua o a base di olio. Nell'industria della fermentazione, si dovrebbero utilizzare antischiuma a base di olio come il silicone modificato con polietere o quelli a base di polietere. L'industria dei rivestimenti a base d'acqua richiede antischiuma a base d'acqua e antischiuma a base di silicio organico. Selezionare l'antischiuma, confrontare la quantità aggiunta e, in base al prezzo di riferimento, determinare il prodotto antischiuma più adatto ed economico.

★Fattori che influenzano l'efficacia dell'uso dell'antischiuma

1. La disperdibilità e le proprietà superficiali degli antischiuma in soluzione influenzano significativamente le altre proprietà antischiuma. Gli antischiuma devono avere un grado di dispersione adeguato e particelle di dimensioni troppo grandi o troppo piccole possono comprometterne l'attività antischiuma.

2. Compatibilità dell'antischiuma nel sistema di schiuma Quando il tensioattivo è completamente disciolto in una soluzione acquosa, di solito si dispone direzionalmente sull'interfaccia gas-liquido della schiuma per stabilizzarla. Quando il tensioattivo è insolubile o sovrasaturo, le particelle si disperdono nella soluzione e si accumulano sulla schiuma, che agisce come antischiuma.

3. Anche la temperatura ambiente del sistema schiumogeno e la temperatura del liquido schiumogeno possono influire sulle prestazioni dell'antischiuma. Quando la temperatura del liquido schiumogeno stesso è relativamente elevata, si consiglia di utilizzare un antischiuma speciale resistente alle alte temperature, poiché l'utilizzo di un antischiuma comune ridurrebbe notevolmente l'effetto antischiuma e demulsificarebbe direttamente la lozione.

4. L'imballaggio, lo stoccaggio e il trasporto degli antischiuma sono adatti alla conservazione a temperature comprese tra 5 e 35 °C e la durata di conservazione è generalmente di 6 mesi. Non collocare il prodotto vicino a fonti di calore né esporlo alla luce solare. In base ai metodi di conservazione chimica comunemente utilizzati, assicurarsi di sigillarlo dopo l'uso per evitarne il deterioramento.

6. Il rapporto di aggiunta degli antischiuma alla soluzione originale e alla soluzione diluita presenta una certa deviazione e non è uniforme. A causa della bassa concentrazione di tensioattivo, la lozione antischiuma diluita è estremamente instabile e non si delamina rapidamente. Le prestazioni antischiuma sono relativamente scarse, il che non la rende adatta alla conservazione a lungo termine. Si consiglia di utilizzarla immediatamente dopo la diluizione. La proporzione di antischiuma aggiunta deve essere verificata tramite test in loco per valutarne l'efficacia e non deve essere aggiunta in quantità eccessive.

★Il dosaggio dell'antischiuma

Esistono molti tipi di antischiuma e il dosaggio richiesto varia a seconda del tipo di antischiuma. Di seguito, illustreremo il dosaggio di sei tipi di antischiuma:

1. Antischiuma a base di alcol: quando si utilizzano antischiuma a base di alcol, il dosaggio è generalmente compreso tra 0,01 e 0,10%.

2. Antischiuma a base di olio: la quantità di antischiuma a base di olio aggiunta è compresa tra lo 0,05 e il 2%, mentre la quantità di antischiuma a base di esteri di acidi grassi aggiunta è compresa tra lo 0,002 e lo 0,2%.

3. Antischiuma ammidici: gli antischiuma ammidici hanno un effetto migliore e la quantità aggiunta è generalmente compresa tra 0,002 e 0,005%.

4. Antischiuma all'acido fosforico: gli antischiuma all'acido fosforico sono comunemente utilizzati nelle fibre e negli oli lubrificanti, con una quantità aggiunta compresa tra lo 0,025 e lo 0,25%.

5. Antischiuma amminico: gli antischiuma amminici vengono utilizzati principalmente nella lavorazione delle fibre, con una quantità aggiunta dello 0,02-2%.

7. Antischiuma a base di etere: gli antischiuma a base di etere sono comunemente utilizzati nella stampa, nella tintura e nella pulizia della carta, con un dosaggio tipico dello 0,025-0,25%.