ES2952026T3 - Auxiliares de filtración de silicato compuestos catiónicos - Google Patents

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Abstract

Un coadyuvante de filtración compuesto catiónico puede incluir un sustrato de silicato, una sílice precipitada sobre el sustrato de silicato y una modificación superficial catiónica de la sílice precipitada. Un método para fabricar un coadyuvante de filtración compuesto catiónico puede incluir proporcionar un sustrato de silicato, precipitar una sílice sobre el sustrato de silicato para formar un coadyuvante de filtración compuesto y modificar catiónicamente la sílice precipitada para formar un coadyuvante de filtración compuesto catiónico. Un método para filtrar un líquido puede incluir proporcionar un líquido para filtrar y filtrar el líquido a través de un coadyuvante de filtración compuesto catiónicamente modificado. El coadyuvante de filtración compuesto catiónicamente modificado puede incluir un sustrato de silicato, una sílice precipitada y una modificación superficial catiónica de la sílice precipitada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Auxiliares de filtración de silicato compuestos catiónicos
Reclamo de prioridad
Esta Solicitud Internacional PCT reclama el beneficio de prioridad de la Solicitud Provisional estadounidense Núm.
62/256.963, presentada el 18 de Noviembre de 2015.
Campo de la descripción
Esta divulgación se refiere a los auxiliares de filtración compuestos catiónicos, los métodos para preparar auxiliares de filtración compuestos de silicato, y los métodos para utilizar auxiliares de filtración compuestos catiónicos. Más particularmente, esta divulgación se refiere a los auxiliares de filtración compuestos catiónicos que pueden ser utilizados en aplicaciones de filtración.
Antecedentes de la invención
Los auxiliares de filtración de sílice pueden utilizarse para filtrar líquidos. Sin embargo, los auxiliares de filtración de sílice y silicato tienen características de superficie con carga negativa. La carga negativa puede hacer que estos tipos de auxiliares de filtración sean adecuados para filtrar iones y moléculas con carga positiva, pero pueden ser elementos de filtración pobres para iones y moléculas con carga negativa. Los iones y moléculas con carga negativa, tal como el arsénico, pueden tener efectos adversos o poseer propiedades indeseables para la salud si no se filtran adecuadamente. Tales partículas también pueden conducir a propiedades líquidas indeseables, tales como decoloración u oxidación. US 2004/055957 divulga un adsorbente compuesto filtrable que comprende un componente adsorbente, tal como gel de sílice, sílice pirógena, arcilla neutra o alcalina, zeolita, íntimamente unido a un componente de filtración funcional, tal como diatomita, ceniza de cascarilla de arroz, espículas de esponja, piedra pómez, perlita expandida, piedra pómez expandida. US 2009/274634 divulga una composición de la materia que comprende un sustrato silíceo que tiene silanoles en la superficie y un polímero seleccionado del grupo de imina de polietileno, polímero acrílico, polímero de poliol o polímero de poliamina, en donde el polímero está químicamente unido al sustrato silíceo mediante un material de unión de silano. US 4282261 divulga un medio filtrante de alta área de superficie modificado por carga, útil para tratar bebidas inestables que desarrollan neblina a temperatura ambiente; los materiales empleados están compuestos de partículas finas, tal como tierra diatomácea y perlita, modificadas con resina catiónica de epiclorohidrina de poliamido-poliamina. Por lo tanto, puede ser deseable proporcionar una composición de auxiliar de filtración con capacidad mejorada para eliminar partículas con carga negativa de un líquido. También puede ser deseable proporcionar una auxiliar de filtración con propiedades de adsorción con tasas de filtración mejoradas. También puede ser deseable proporcionar un método para preparar una composición de auxiliar de filtración para filtrar impurezas con carga negativa.
Breve descripción de la invención
La presente invención se define en y mediante las reivindicaciones anexadas. De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 1.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método para preparar un auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 11.
Por consiguiente, también se habilita un método para filtrar un líquido proporcionando un líquido para filtrar, y filtrar el líquido a través de un auxiliar de filtración compuesto modificado catiónicamente. El auxiliar de filtración compuesto modificado catiónicamente incluye un sustrato de silicato, una sílice precipitada y una modificación de la superficie catiónica de la sílice precipitada.
El auxiliar de filtración compuesto puede incluir un sustrato de diatomita y un recubrimiento de gel de sílice precipitada modificado catiónicamente.
Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la descripción detallada a continuación son sólo ejemplares y explicativos, y no son restrictivos de la invención, como se reivindica.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1A muestra un diagrama ejemplar y una imagen de un silicato compuesto que adsorbe el colorante azul de metilo con carga positiva.
La Figura 1B muestra un diagrama ejemplar y una imagen de un auxiliar de filtración compuesto catiónico que adsorbe el colorante amarillo de metanilo con carga negativa.
La Figura 2 es una imagen que muestra la adsorción de colorante amarillo de metanilo de un auxiliar de filtración de silicato catiónico ejemplar.
Descripción de realizaciones ejemplares
El auxiliar de filtración compuesto catiónico incluye un sustrato de silicato, una sílice precipitada sobre el sustrato de silicato, y una modificación de la superficie catiónica de la sílice precipitada.
De acuerdo con algunas realizaciones, un auxiliar de filtración compuesto puede incluir un sustrato de diatomita y un recubrimiento de gel de sílice precipitada modificado catiónicamente.
El método para preparar el auxiliar de filtración compuesto catiónico incluye proporcionar un sustrato de silicato, precipitar una sílice sobre el sustrato de silicato para formar un auxiliar de filtración compuesto, y modificar catiónicamente la sílice precipitada para formar un auxiliar de filtración compuesto catiónico.
De acuerdo con algunas realizaciones, el método puede incluir la reticulación de una resina catiónica con al menos un agente reticulante. La resina catiónica reticulada puede incluir una modificación catiónica de la sílice precipitada.
Un método para filtrar un líquido puede incluir proporcionar un líquido para filtrar, y filtrar el líquido a través de un auxiliar de filtración compuesto modificado catiónicamente. El auxiliar de filtración compuesto modificado catiónicamente incluye un sustrato de silicato, una sílice precipitada y una modificación de la superficie catiónica de la sílice precipitada.
El método puede incluir, antes de filtrar el líquido, recubrir previamente una estructura de filtro con el auxiliar de filtración compuesto modificado catiónicamente.
Proporcionar el líquido puede incluir proporcionar el auxiliar de filtración compuesto modificado catiónicamente como una alimentación de relleno en el líquido.
El líquido puede incluir un líquido acuoso. El líquido puede incluir un líquido no acuoso. El líquido no acuoso puede incluir al menos uno de biodiésel y aceite comestible.
De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede formar un recubrimiento en el sustrato de silicato. De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede incluir un gel de sílice. De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede incluir una sílice amorfa. De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede incluir un silicato de magnesio. De acuerdo con algunas realizaciones, un silicato de magnesio precipitado puede ser un silicato de magnesio amorfo. En algunas realizaciones, el silicato de magnesio precipitado puede formar un recubrimiento de silicato de magnesio en el sustrato de silicato.
El sustrato de silicato se selecciona del grupo que consiste en diatomita, perlita, piedra pómez, ceniza volcánica, caolín calcinado, esmectita, mica, talco, shirasu, obsidiana, piedra pez, ceniza de cascarilla de arroz, y combinaciones de los mismos. De acuerdo con algunas realizaciones, el sustrato de silicato puede incluir sílice biogénica.
De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede estar en un rango de aproximadamente 5 % a aproximadamente 80 % en peso del auxiliar de filtración compuesto.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener una permeabilidad en un rango de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 (aproximadamente 50 milidarcies (“md”)) a aproximadamente 4,93 x 10-12 m2 (aproximadamente 5000 md).
La modificación de la superficie catiónica comprende un polímero catiónico. Un polímero catiónico puede incluir, en algunas realizaciones, una resina catiónica. De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir al menos un agente de acoplamiento entre la sílice precipitada y un polímero catiónico. De acuerdo con algunas realizaciones, al menos un agente de acoplamiento puede incluir al menos un silano funcional, tal como, por ejemplo, un silano funcional amino y un silano funcional isocianato. De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir al menos una de una poliamina, una poliamida, una polietilenimina, polilisina, quitosano, y un aminoácido, que es una proteína o polipéptido. La poliamida puede incluir epiclorohidrina de poliamida. La poliamina puede incluir epiclorohidrina de poliamina.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir una resina reticulada. De acuerdo con algunas realizaciones, un agente reticulante de la resina reticulada puede incluir al menos uno de un agente reticulante de poliamina y un agente reticulante de aminoácidos. Un aminoácido puede incluir una proteína o un polipéptido. De acuerdo con algunas realizaciones, un agente reticulante de la resina reticulada puede incluir un diisocianato, anhídrido, diepóxido o ácido dicarboxílico.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir al menos un titanato. De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir un titanato de organo.
De acuerdo con algunas realizaciones, un auxiliar de filtración compuesto catiónico que tiene un recubrimiento de silicato de magnesio puede tener una relación molar de SiO2 :MgO superior o igual a aproximadamente 3,0:1. Por ejemplo, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener una relación molar de SiO2 :MgO superior o igual a aproximadamente 3,5:1, superior o igual a aproximadamente 4,0:1 superior o igual a aproximadamente 4,5:1, superior o igual a aproximadamente 5,0:1, superior o igual a aproximadamente 5,5:1, superior o igual a aproximadamente 6,0:1, superior o igual a aproximadamente 6,5:1, superior o igual a aproximadamente 7,0:1, superior o igual a aproximadamente 8,0:1, superior o igual a aproximadamente 9,0:1, superior o igual a aproximadamente 10,0:1, superior o igual a aproximadamente 13,0:1, superior o igual a aproximadamente 15,0:1, superior o igual a aproximadamente 20,0:1, superior o igual a aproximadamente 25,0:1, superior o igual a aproximadamente 30,0:1, superior o igual a aproximadamente 40,0:1, superior o igual a aproximadamente 60,0:1, superior o igual a aproximadamente 80,0:1, superior o igual a aproximadamente 100,0:1, o superior o igual a aproximadamente 120,0:1 (SiO2 :MgO).
De acuerdo con algunas realizaciones, la cantidad de sílice precipitada en el sustrato de silicato puede estar en un rango de aproximadamente 5% a aproximadamente 90% en peso del auxiliar de filtración compuesto, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 10% a aproximadamente 60%, de aproximadamente 10% a aproximadamente 30%, de aproximadamente 20% a aproximadamente 40%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 15%, de aproximadamente 15% a aproximadamente 25%, de aproximadamente 25% a aproximadamente 35%, de aproximadamente 20% a aproximadamente 60%, de aproximadamente 30% a aproximadamente 50%, de aproximadamente 25% a aproximadamente 45%, de aproximadamente 45% a aproximadamente 65%, de aproximadamente 25% a aproximadamente 35%, de aproximadamente 35% a aproximadamente 45%, de aproximadamente 45% a aproximadamente 55%, o de aproximadamente 55% a aproximadamente 65% en peso del auxiliar de filtración compuesto.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) en un rango de aproximadamente 1 a aproximadamente 150 micras, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 5 a aproximadamente 150 micras, de aproximadamente 40 a aproximadamente 140 micras, de aproximadamente 60 a aproximadamente 120 micras, de aproximadamente 30 a aproximadamente 60 micras, de aproximadamente 60 a aproximadamente 90 micras, de aproximadamente 90 a aproximadamente 120 micras, de aproximadamente 120 micras a aproximadamente 150 micras, de aproximadamente 1 a aproximadamente 40 micras, de aproximadamente 10 a aproximadamente 40 micras, de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 micras, o de aproximadamente 15 a aproximadamente 25 micras.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener un valor d90 en un rango de aproximadamente 20 a aproximadamente 700 micras, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 300 a aproximadamente 700 micras, de aproximadamente 300 a aproximadamente 500 micras, de aproximadamente 100 a aproximadamente 300 micras, de aproximadamente 200 a aproximadamente 400 micras, de aproximadamente 50 a aproximadamente 300 micras, de aproximadamente 100 a aproximadamente 200 micras, de aproximadamente 200 a aproximadamente 300 micras, de aproximadamente 20 a aproximadamente 100 micras, de aproximadamente 60 a aproximadamente 140 micras, de aproximadamente 70 a aproximadamente 120 micras, o de 80 a aproximadamente 110 micras.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener un valor d10 en un rango de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 30 micras, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 micras, de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 micras, de aproximadamente 20 a aproximadamente 30 micras, de aproximadamente 5 a aproximadamente 15 micras, de aproximadamente 15 a aproximadamente 25 micras, de aproximadamente 20 a aproximadamente 25 micras, de aproximadamente 2 a aproximadamente 20 micras, de aproximadamente 3 a aproximadamente 15 micras, de aproximadamente 4 a aproximadamente 12 micras, de aproximadamente 5 a aproximadamente 10 micras, de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 micras, o de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 micras.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar compuesto catiónico puede tener una permeabilidad en un rango de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 4,93 x 10-12 m2 (aproximadamente 50 milidarcies (“md”) a aproximadamente 5000 md). Por ejemplo, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener una permeabilidad en un rango de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 1000 md), de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 500 md), de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-13 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 300 md), de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 200 md), de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 100 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 3,95 x 10-13 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 400 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-13 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 300 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 200 md), de aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-13 m2 (aproximadamente 200 md a aproximadamente 300 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 3,95 x 10-12 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 4000 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-12 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 3000 md) de aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-12 m2 (aproximadamente 500 md a aproximadamente 3000 md), de aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 a aproximadamente 1,48 x 10-12 m2 (aproximadamente 500 md a aproximadamente 1500 md), de aproximadamente 1,48 x 10-12 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-12 m2 (aproximadamente 1500 md a aproximadamente 3000 md), de aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-12 m2 (aproximadamente 200 md a aproximadamente 2000 md), de aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 a aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 (aproximadamente 200 md a aproximadamente 1000 md), de aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 a aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 (aproximadamente 200 md a aproximadamente 500 md), de aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 a aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 (aproximadamente 500 md a aproximadamente 1000 md), de aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 a aproximadamente 1,48 x 10-12 m2 (aproximadamente 1000 md a aproximadamente 1500 md), de aproximadamente 1,48 x 10-12 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-12 m2 (aproximadamente 1500 md a aproximadamente 2000 md), de aproximadamente 1,97 x 10-12 m2 a aproximadamente 2,47 x 10-12 m2 (aproximadamente 2000 md a aproximadamente 2500 md), de aproximadamente 2,47 x 10-12 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-12 m2 (aproximadamente 2500 md a aproximadamente 3000 md), o de aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-12 m2 (aproximadamente 1000 md a aproximadamente 2000 md).
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener un área de superficie BET en un rango de aproximadamente 1 m2/g a aproximadamente 300 m2/g. Por ejemplo, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener un área de superficie BET en un rango de aproximadamente 5 m2/g a aproximadamente 200 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 250 m2/g, de aproximadamente 100 m2/g a aproximadamente 200 m2/g, de aproximadamente 150 m2/g a aproximadamente 250 m2/g, de aproximadamente 10 m2/g a aproximadamente 150 m2/g, de aproximadamente 30 m2/g a aproximadamente 150 m2/g, de aproximadamente 30 m2/g a aproximadamente 100 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 100 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 70 m2/g, de aproximadamente 60 m2/g a aproximadamente 80 m2/g, de aproximadamente 70 m2/g a aproximadamente 90 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 200 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 150 m2/g, de aproximadamente 100 m2/g a aproximadamente 200 m2/g, o de aproximadamente 100 m2/g a aproximadamente 150 m2/g.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener un volumen de poro Barrett-Joyner-Halenda (“BJH”) (1,7 nm - 300 nm) en un rango de aproximadamente 0,05 cm3/g a aproximadamente 1 cm2/g, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 0,05 cm3/g a aproximadamente 0,5 cm3/g, de aproximadamente 0,10 cm3/g a aproximadamente 0,20 cm3/g, de aproximadamente 0,15 cm3/g a aproximadamente 0,25 cm3/g, de aproximadamente 0,05 cm3/g a aproximadamente 0,15 cm3/g, o de aproximadamente 0,10 cm3/g a aproximadamente 0,15 cm3/g.
De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede tener un diámetro de poro (4V/A) inferior o igual a aproximadamente 10 nm, según lo medido mediante pruebas de adsorción de nitrógeno utilizando, por ejemplo, un analizador de área de superficie y porosimetría ASAp® 2460, disponible de Micromeritics Instrument Corporation (Norcross, Ga., EE. UU.). De acuerdo con algunas realizaciones, el silicato de magnesio puede tener una mediana de diámetro de poro en un rango de aproximadamente 0,1 nm a aproximadamente 50 nm, tal como, por ejemplo, en un rango de aproximadamente 0,1 nm a aproximadamente 20 nm, de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 10 nm, de aproximadamente 2 nm a aproximadamente 7 nm, de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 10 nm, de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 3 nm, de aproximadamente 3 nm a aproximadamente 5 nm, de aproximadamente 4 nm a aproximadamente 6 nm, de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 7 nm, o de aproximadamente 7 nm a aproximadamente 10 nm.
De acuerdo con algunas realizaciones, el sustrato de silicato puede tener una mediana de tamaño de poro, según lo medido mediante porosimetría de mercurio, en un rango de aproximadamente 1 micra a aproximadamente 30 micras, tal como, por ejemplo, en un rango de aproximadamente 1 micra a aproximadamente 10 micras, de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 20 micras, de aproximadamente 20 micras a aproximadamente 30 micras, de aproximadamente 5 micras a aproximadamente 15 micras, de aproximadamente 15 micras a aproximadamente 25 micras, de aproximadamente 1 micra a aproximadamente 5 micras, de aproximadamente 5 micras a aproximadamente 10 micras, de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 15 micras, de aproximadamente 15 micras a aproximadamente 20 micras, de aproximadamente 20 micras a aproximadamente 25 micras, de aproximadamente 2 micras a aproximadamente 7 micras, de aproximadamente 7 micras a aproximadamente 12 micras, de aproximadamente 12 micras a aproximadamente 17 micras, o de aproximadamente 17 micras a aproximadamente 22 micras.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener una densidad húmeda en un rango de aproximadamente 80,1 kg/m3 a aproximadamente 640,7 kg/m3 (de aproximadamente 5 libras/pie3 a aproximadamente 40 libras/pie3). Por ejemplo, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener una densidad húmeda en un rango de 80,1 kg/m3 a aproximadamente 400,5 kg/m3 (5 lb/pie3 a aproximadamente 25 lb/pie3), de aproximadamente 80,1 kg/m3 a aproximadamente 320,4 kg/m3 (aproximadamente 5 lb/pie3 a aproximadamente 20 lb/pie3), de aproximadamente 80,1 kg/m3 a aproximadamente 240,3 kg/m3 (aproximadamente 5 lb/pie3 a aproximadamente 15 lb/pie3), de aproximadamente 80,1 kg/m3 a aproximadamente 160,2 kg/m3 (aproximadamente 5 lb/pie3 a aproximadamente 10 lb/pie3), de aproximadamente 160,2 kg/m3 a aproximadamente 320,4 kg/m3 (aproximadamente 10 lb/pie3 a aproximadamente 20 lb/pie3), de aproximadamente 320,4 kg/m3 a aproximadamente 480,6 kg/m3 (aproximadamente 20 lb/pie3 a aproximadamente 30 lb/pie3), de aproximadamente 240,3 kg/m3 a aproximadamente 400,5 kg/m3 (aproximadamente 15 lb/pie3 a aproximadamente 25 lb/pie3), de aproximadamente 400,5 kg/m3 a aproximadamente 560,7 kg/m3 (aproximadamente 25 lb/pie3 a aproximadamente 35 lb/pie3), de aproximadamente 240,3 kg/m3 a aproximadamente 320,4 kg/m3 (aproximadamente 15 lb/pie3 a aproximadamente 20 lb/pie3), de aproximadamente 320,4 kg/m3 a aproximadamente 400,5 kg/m3 (aproximadamente 20 lb/pie3 a aproximadamente 25 lb/pie3), o de aproximadamente 400,5 kg/m3 a aproximadamente 480,6 kg/m3 (aproximadamente 25 lb/pie3 a aproximadamente 30 lb/pie3).
En algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener una porosidad en un rango de aproximadamente 70 % a aproximadamente 95 %, tal como, por ejemplo, en un rango de aproximadamente 70 % a aproximadamente 80 %.
Sustrato de silicato
De acuerdo con algunas realizaciones, el sustrato de silicato puede incluir uno o más materiales de filtración a base de sílice, tales como, por ejemplo, sílice biogénica y vidrios naturales.
El término “sílice biogénica”, como se usa en la presente, se refiere a la sílice producida o provocada por organismos vivos. Un ejemplo de sílice biogénica es la diatomita, que se obtiene de la tierra diatomácea (también denominada “DE” o “kieselguhr”). La diatomita es un sedimento enriquecido en sílice biogénica en forma de frústulas silíceas (es decir, conchas o esqueletos) de diatomeas. Las diatomeas son un conjunto diverso de algas microscópicas unicelulares de la clase Bacillariophyceae, que poseen un esqueleto o frústulas adornadas silíceas de estructura variada e intrincada que incluyen dos válvulas que, en la diatomea viva, encajan como un pastillero. La diatomita puede formarse a partir de los restos de diatomeas transportadas por el agua y, por lo tanto, los depósitos de diatomita pueden encontrarse cerca de cuerpos de agua actuales o antiguos. Estos depósitos generalmente se dividen en dos categorías basadas en la fuente: agua dulce y agua salada. La diatomita de agua dulce generalmente se extrae de lechos secos y se puede caracterizar por tener un bajo contenido de sílice cristalina y un alto contenido de hierro. Por el contrario, la diatomita de agua salada generalmente se extrae de áreas oceánicas y se puede caracterizar por tener un alto contenido de sílice cristalina y un bajo contenido de hierro. La morfología de las frústulas de diatomeas puede variar ampliamente entre especies y sirve como base para la clasificación taxonómica; se conocen al menos 2000 especies distintas. La superficie de cada válvula está marcada por una serie de aberturas que incluyen la compleja estructura fina de la frústula y que imparten un diseño que es distintivo de las especies individuales. El tamaño de las frústulas típicas puede estar en el rango de aproximadamente 0,75 micras a aproximadamente 1000 micras. En algunas realizaciones, el tamaño de las frústulas puede estar en un rango de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 150 micras. Las frústulas en este rango de tamaño pueden ser lo suficientemente duraderas para retener gran parte de su estructura porosa e intrincada prácticamente intacta a través de largos períodos de tiempo geológico cuando se conservan en condiciones que mantienen el equilibrio químico.
Otras fuentes de sílice biogénica incluyen plantas, animales y microorganismos, que pueden proporcionar fuentes concentradas de sílice con características únicas. Por ejemplo, las cascarillas de arroz contienen suficiente sílice para que puedan ser desechadas comercialmente por su residuo silíceo, un producto comúnmente conocido como “ceniza de cascarilla de arroz”. Ciertas esponjas también son fuentes concentradas de sílice, cuyos restos pueden encontrarse en depósitos geológicos como espículas aciculares.
El término “vidrio natural”, como se usa en la presente, se refiere a los vidrios naturales, que también pueden denominarse “vidrios volcánicos”, que se forman por el enfriamiento rápido del magma silíceo o la lava. Se conocen varios tipos de vidrios naturales, incluyendo, por ejemplo, perlita, piedra pómez, pumicita, obsidiana y piedra pez. Los vidrios volcánicos, tales como la perlita y la piedra pómez, se encuentran en depósitos masivos y encuentran un amplio uso comercial. La ceniza volcánica, a menudo conocida como “toba volcánica” cuando está en forma consolidada, incluye pequeñas partículas o fragmentos que pueden estar en forma vidriosa. Como se utiliza en la presente, el término “vidrio natural” abarca la ceniza volcánica.
Los vidrios naturales pueden ser químicamente equivalentes a la riolita. También se conocen vidrios naturales que son químicamente equivalentes a traquita, dacita, andesita, latita y basalto, pero pueden ser menos comunes. El término “obsidiana” se aplica generalmente a un gran número de vidrios naturales que son ricos en sílice. Los vidrios de obsidiana pueden clasificarse en subcategorías según su contenido en sílice, siendo las obsidianas riolíticas (que contienen típicamente aproximadamente 73 % en peso de SiO2) las más comunes.
La perlita es un vidrio natural hidratado que puede contener, por ejemplo, aproximadamente 72 % a aproximadamente 75 % de SiO2 en peso, aproximadamente 12 % a aproximadamente 14 % de ALO3 en peso, aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 2 % de Fe2O3 en peso, aproximadamente 3 % a aproximadamente 5 % de Na2O en peso, aproximadamente 4 a aproximadamente 5 % de K2O en peso, aproximadamente 0,4 % a aproximadamente 1,5 % de CaO en peso, y pequeñas cantidades de otros elementos metálicos. La perlita puede distinguirse de otros vidrios naturales por un contenido relativamente más elevado (por ejemplo, tal como de aproximadamente 2 % a aproximadamente 5% en peso) de agua unida químicamente, la presencia de un brillo vítreo y nacarado y fracturas características concéntricas o arqueadas similares a la piel de cebolla (es decir, perlíticas). Los productos de perlita se pueden preparar mediante molienda y expansión térmica, y pueden poseer propiedades físicas únicas, tales como alta porosidad, baja densidad aparente e inercia química. “Perlita”, como se usa en la presente también incluye perlita expandida.
El talco es un mineral de silicato de magnesio, un mineral de clorita (silicato de magnesio y aluminio) o una mezcla de ambos. El talco puede asociarse opcionalmente con otros minerales, por ejemplo, dolomita y/o magnesita. El talco también incluye talco sintético, también conocido como talcosa. En realizaciones particulares, el talco puede ser un talco macro o microcristalino. El tamaño individual de las plaquetas, es decir, el diámetro de mediana medido por el método Sedigraph, de una plaqueta de talco individual (unos cuantos miles de láminas elementales) puede variar de aproximadamente 1 micra a más de 100 micras, dependiendo de las condiciones de formación del depósito. El tamaño individual de las plaquetas determina la lamelaridad del talco. Un talco altamente lamelar tendrá plaquetas individuales grandes, mientras que un talco microcristalino tendrá plaquetas pequeñas. Aunque todos los talcos pueden denominarse lamelares, su tamaño de plaquetas difiere de un depósito a otro. Los pequeños cristales proporcionan un mineral compacto y denso, conocido como “talco microcristalino”. Los cristales grandes se presentan en capas papilosas, conocidos como "talco macrocristalino". Los depósitos de talco microcristalino conocidos se encuentran en Montana (Yellowstone) y en Australia (Three Springs). En una estructura microcristalina, las partículas elementales de talco están compuestas por placas pequeñas en comparación con las estructuras macrocristalinas, que están compuestas por placas más grandes.
La piedra pómez es un vidrio natural caracterizado por una estructura mesoporosa (por ejemplo, con poros o vesículas, a veces con tamaños de poro de hasta aproximadamente 1 mm). La naturaleza porosa de la piedra pómez le da una densidad aparente muy baja, lo que en muchos casos le permite flotar en la superficie del agua. La mayoría de la piedra pómez comercial contiene de aproximadamente 60 % a aproximadamente 70 % de SiO2 en peso. La piedra pómez puede procesarse mediante molienda y clasificación, y los productos pueden utilizarse como agregados ligeros y también como abrasivos, adsorbentes y materiales de relleno. La piedra pómez no expandida y la piedra pómez expandida térmicamente también se pueden utilizar como componentes de filtración.
Auxiliares de filtración compuestos
El auxiliar de filtración incluye un auxiliar de filtración compuesto. Como se utiliza en la presente, el término “auxiliar de filtración compuesto” se refiere a un material que tiene un sustrato de silicato y sílice precipitada. El sustrato de silicato puede actuar como un componente de filtración, mientras que la sílice precipitada puede actuar como un componente adsorbente. El auxiliar de filtración compuesto puede tener propiedades diferentes a las del sustrato de silicato constituyente o de la sílice precipitada sola. De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede incluir un recubrimiento de sílice precipitada en el sustrato de silicato.
En algunas realizaciones, la sílice precipitada puede formar un recubrimiento adsorbente o una capa que ha sido precipitada in situ en la superficie del sustrato de silicato. Como resultado, mientras que las mezclas simples de materiales de filtración pueden segregarse en suspensión (por ejemplo, en fluido, transmisión o transporte), un auxiliar de filtración compuesto puede retener tanto la adsorción de la sílice precipitada como las propiedades de filtración del sustrato de silicato. La precipitación in situ de sílice sobre el sustrato de silicato también puede proporcionar ventajas, tal como un aumento de las propiedades de adsorción y filtración, sobre otras formas de auxiliares de filtración compuestos, tales como compuestos sinterizados térmicamente o unidos químicamente. Sin desear limitarse a una teoría en particular, se cree que el proceso de precipitación in situ puede producir una composición de auxiliar de filtración que tiene componentes adsorbentes que se distribuyen más uniformemente en el sustrato y, en consecuencia, puede presentar una mayor área de superficie para la adsorción. La mayor área de superficie puede permitir que el auxiliar de filtración compuesto absorba un mayor número de impurezas y/o componentes que, a su vez, puede dar como resultado un nivel de turbidez más bajo para el fluido filtrado. Sin desear limitarse a una teoría en particular, se cree que un sustrato con una gran área de superficie puede permitir una reducción en el espesor de un recubrimiento adsorbente que puede formarse sobre él.
Sin desear limitarse a una teoría en particular, se cree que el proceso de precipitación in situ puede producir una composición de auxiliar de filtración que tiene componentes adsorbentes que se distribuyen más uniformemente en el sustrato y, en consecuencia, puede presentar una mayor área de superficie para la adsorción. La mayor área de superficie puede permitir que el auxiliar de filtración compuesto absorba un mayor número de impurezas y/o componentes que, a su vez, puede dar como resultado un nivel de turbidez más bajo para el fluido filtrado. Sin desear limitarse a una teoría en particular, se cree que un sustrato con una gran área de superficie puede permitir una reducción en el espesor de un recubrimiento adsorbente que puede formarse sobre él.
Para preparar un auxiliar de filtración compuesto ejemplar, un sustrato de silicato, tal como, por ejemplo, diatomita, sílice biogénica, o vidrio natural, se puede mezclar con agua para formar una suspensión. En algunas realizaciones, el sustrato puede ser un componente de filtración comercialmente disponible de diatomita o perlita.
De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede incluir un gel de sílice precipitada que se precipita en el sustrato de silicato. La sílice precipitada puede ser una sílice amorfa.
Para preparar un auxiliar de filtración compuesto ejemplar, un sustrato de silicato, tal como, por ejemplo, diatomita, sílice biogénica, o vidrio natural, se puede mezclar con agua para formar una suspensión de flujo libre. En algunas realizaciones, el sustrato puede ser el componente de filtración comercialmente disponible de diatomita o perlita.
A continuación, se puede añadir una disolución de silicato de sodio a la suspensión del sustrato, lo que aumenta el pH.
La relación en peso entre el silicato sódico y el sustrato puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 1:3, pero puede utilizarse cualquier relación. El silicato de sodio puede incluir cualquiera de diversos compuestos que incluye óxido de sodio (Na2O) y sílice (SiO2). Dichas combinaciones pueden incluir, por ejemplo, ortosilicato de sodio (Na4SiO4), metasilicato de sodio (Na2SiO3), y disilicato de sodio (Na2ShO5). En algunas realizaciones, el silicato de sodio es un silicato de sodio a base de diatomita. El silicato de sodio con una relación de SiO2/Na2O de aproximadamente 3,2:1 y una concentración de 20 % puede adquirirse, por ejemplo, de World Minerals Inc. El silicato de sodio con una relación de SiO2/Na2O de aproximadamente 3:1 y una concentración de 34,6 % puede adquirirse, por ejemplo, de PQ Corp.
Un ácido, o una sal del mismo, puede entonces añadirse a la mezcla líquida espesa en una cantidad suficiente para aumentar la acidez (es decir, reducir el pH) de la mezcla líquida espesa a un rango de pH adecuado para la precipitación de sílice en la superficie del sustrato. Se puede seleccionar cualquier ácido adecuado, tal selección está dentro del conocimiento de un experto en la técnica. En algunas realizaciones, el ácido puede incluir uno o más de ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido clorhídrico, ácido nítrico y/o ácido acético. El silicato precipitado puede formar un recubrimiento (por ejemplo, una capa) en la superficie del sustrato.
A medida que el pH disminuye, la mezcla líquida espesa puede agitarse periódicamente. De acuerdo con algunas realizaciones, la agitación puede continuar hasta que se produzca la gelificación de la sílice, lo que puede formar un recubrimiento en el sustrato. De acuerdo con algunas realizaciones, la agitación puede ocurrir durante aproximadamente 25 a aproximadamente 60 minutos, dependiendo de la acidez de la disolución y la concentración de silicato de sodio en la mezcla líquida espesa. A continuación, la mezcla líquida espesa se puede filtrar y se puede añadir agua a la suspensión para facilitar la filtración. La torta resultante puede lavarse con agua. La torta lavada puede secarse hasta que el exceso de fluido en el pastel se haya evaporado. Por ejemplo, la torta puede secarse a una temperatura en el rango de aproximadamente 110 °C a aproximadamente 200 °C. La torta resultante incluye un componente de filtración de silicato, tal como, por ejemplo, diatomita, que tiene un recubrimiento de sílice precipitada.
De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede incluir un co-gel. Por ejemplo, sulfato de magnesio, aluminato de sodio, o ambos, se pueden añadir a una disolución de silicato de sodio que forma la sílice precipitada o el gel de sílice precipitada. La adición del sulfato o aluminato puede formar una estructura de silicato con el silicato precipitado. Cuando el silicato precipitado es un gel, tal como un gel de sílice, la adición del sulfato o aluminato de sodio puede formar un co-gel.
La cantidad de silicato de sodio utilizada en el proceso de precipitación se puede elegir para controlar la distribución del tamaño de poro en el auxiliar de filtración compuesto. Por ejemplo, aumentar el porcentaje de sílice precipitada puede aumentar la capacidad del auxiliar de filtración compuesto para actuar como un adsorbente; sin embargo, también puede disminuir su capacidad para actuar como un material filtrante. Por el contrario, la disminución del porcentaje de sílice precipitada puede disminuir la capacidad del auxiliar de filtración compuesto para actuar como un adsorbente, pero puede aumentar su capacidad para actuar como un material filtrante.
De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede incluir un silicato de magnesio precipitado.
Un silicato de magnesio puede precipitarse sobre la superficie del sustrato de silicato. El sustrato de silicato puede actuar como un componente de filtración, mientras que el silicato de magnesio precipitado puede actuar como un componente adsorbente. El auxiliar de filtración compuesto puede tener propiedades diferentes a las del sustrato de silicato constituyente o al silicato de magnesio precipitado solo. De acuerdo con algunas realizaciones, el silicato de magnesio precipitado puede incluir un recubrimiento de silicato de magnesio precipitado en el sustrato de silicato. Por ejemplo, el silicato de magnesio precipitado puede incluir un silicato de magnesio amorfo que se precipita en el sustrato de silicato.
En algunas realizaciones, el silicato de magnesio precipitado puede formar un recubrimiento adsorbente o una capa que ha sido precipitada in situ en la superficie del sustrato de silicato. Como resultado, mientras que las mezclas simples de materiales de filtración pueden segregarse en suspensión (por ejemplo, en fluido, transmisión o transporte), el auxiliar de filtración compuesto puede retener tanto la adsorción del silicato de magnesio precipitado como las propiedades de filtración del sustrato de silicato. La precipitación in situ de silicato de magnesio sobre el sustrato de silicato también puede proporcionar ventajas, tal como un aumento de las propiedades de adsorción y filtración, sobre otras formas de auxiliares de filtración compuestos, tales como compuestos sinterizados térmicamente o unidos químicamente.
Una disolución de silicato de sodio y una disolución sulfato de magnesio (MgSO4) se pueden añadir a la suspensión del sustrato y la disolución combinada se puede agitar o mezclar para precipitar el silicato de magnesio.
El silicato de sodio puede incluir cualquiera de diversos compuestos que incluye óxido de sodio (Na2O) y sílice (SiO2). Dichas combinaciones pueden incluir, por ejemplo, ortosilicato de sodio (Na4SiO4), metasilicato de sodio (Na2SiO3), y disilicato de sodio (Na2Si2O5). En algunas realizaciones, el silicato de sodio es un silicato de sodio a base de diatomita. El silicato de sodio con una relación de SiO2/Na2O de aproximadamente 3,2:1 y una concentración de 20 % puede adquirirse, por ejemplo, de World Minerals Inc. El silicato de sodio acuoso con una relación de SiO2/Na2O de aproximadamente 3:1 y una concentración de 34,6 % puede adquirirse, por ejemplo, de PQ Corp. como “N-CLEAR”.
El sulfato de magnesio puede ser cualquier sulfato de magnesio que reaccione con el silicato de sodio para precipitar el silicato de magnesio. De acuerdo con algunas realizaciones, el sulfato de magnesio puede ser un sulfato de magnesio acuoso. La molaridad del sulfato de magnesio acuoso puede ser de aproximadamente 2,38 M, aunque se puede usar cualquier molaridad. El sulfato acuoso de magnesio puede diluirse antes de combinarse con la disolución de silicato de sodio para lograr una molaridad deseada para la precipitación con silicato de sodio.
De acuerdo con algunas realizaciones, la disolución de sustrato de silicato, silicato de sodio y sulfato de magnesio se puede agitar y estabilizar el pH durante la reacción. Por ejemplo, la disolución puede agitarse durante aproximadamente 2 horas. El pH puede, de acuerdo con algunas realizaciones, estabilizarse en aproximadamente 8,8 durante la reacción para precipitar sulfato de magnesio sobre el sustrato de silicato.
A continuación, los sólidos de la mezcla líquida espesa se pueden recolectar, por ejemplo, mediante filtración o centrifugación. Los sólidos recolectados pueden lavarse con agua. A continuación, los sólidos recolectados pueden redispersarse en agua y la conductividad de la mezcla líquida espesa resultante puede medirse. De acuerdo con algunas realizaciones, la recolección, enjuague y redispersión de los sólidos se puede repetir hasta que la conductividad sea inferior o igual a 1 milisimen (mS).
La torta resultante puede lavarse con agua. La torta lavada puede secarse hasta que el exceso de fluido en el pastel se haya evaporado. Por ejemplo, la torta puede secarse a una temperatura en el rango de aproximadamente 110 °C a aproximadamente 200 °C. La torta resultante incluye un componente de filtración de silicato, tal como, por ejemplo, diatomita, que tiene un recubrimiento de silicato de magnesio precipitado.
La cantidad de silicato de sodio y silicato de magnesio utilizada en el proceso de precipitación se puede elegir para controlar la distribución del tamaño de poro en el auxiliar de filtración compuesto y la relación molar de óxido de magnesio (MgO) a sílice (SiO2) en el silicato de magnesio precipitado. Por ejemplo, aumentar el porcentaje de silicato de magnesio precipitado puede aumentar la capacidad del auxiliar de filtración compuesto para actuar como un adsorbente; sin embargo, también puede disminuir su capacidad para actuar como un material filtrante. Por el contrario, la disminución del porcentaje de silicato de magnesio precipitado puede disminuir la capacidad del auxiliar de filtración compuesto para actuar como un adsorbente, pero puede aumentar su capacidad para actuar como un material filtrante.
De acuerdo con algunas realizaciones, la relación molar de SiO2 :MgO en el auxiliar de filtración compuesto puede ser superior o igual a aproximadamente 3,0:1 (SiO2 :MgO). Por ejemplo, la relación molar de SiO2 :MgO en el auxiliar de filtración compuesto puede ser superior o igual a aproximadamente 4,0:1, superior o igual a aproximadamente 5,0:1, superior o igual a aproximadamente 6,0:1, superior o igual a aproximadamente 7,0:1, superior o igual a aproximadamente 8,0:1, superior o igual a aproximadamente 9,0:1, superior o igual a aproximadamente 10,0:1, superior o igual a aproximadamente 13,0:1, superior o igual a aproximadamente 15,0:1, superior o igual a aproximadamente 20,0:1, superior o igual a aproximadamente 25,0:1, superior o igual a aproximadamente 30,0:1, superior o igual a aproximadamente 40,0:1, superior o igual a aproximadamente 60,0:1, superior o igual a aproximadamente 80,0:1, superior o igual a aproximadamente 100,0:1, o superior o igual a aproximadamente 120,0:1 (SiO2 :MgO).
Modificaciones catiónicas
La formación de una capa superficial en una partícula puede dar lugar a la estabilización debido a las cargas electrostáticas. Por ejemplo, la superficie de una partícula puede contener grupos iónicos que determinan el potencial de la superficie. Los contraiones de la disolución pueden cubrir esta capa y proteger al resto de la disolución de las cargas superficiales. Para los hidróxidos, el potencial de la superficie puede determinarse mediante reacciones con los iones H+ y OH-, y el potencial de la superficie puede depender del pH. Por ejemplo, las partículas que tienen una superficie M-OH pueden reaccionar con iones H+ para formar M-OH2+ y con iones OH- para formar M-O- y H2O. El pH en el que una partícula es neutra se denomina punto de carga cero, o PZC, por sus siglas en inglés. Cuando un pH de disolución es mayor que el PZC, la superficie de la partícula tiene una carga negativa. Cuando un pH de disolución es menor que el PZC, la superficie tiene una carga positiva. Para el sílice, el PZC puede ser de aproximadamente 2,5. La magnitud del potencial superficial, $0 depende de la diferencia entre el pH y el pZc . En agua a pH neutro, sílice, tal como, por ejemplo, geles de sílice, tendría una carga más negativa. Por lo tanto, la modificación de la superficie sería necesaria para crear una superficie con carga más positiva.
El auxiliar de filtración compuesto se modifica para impartir propiedades catiónicas a la superficie del auxiliar de filtración compuesto. Las propiedades catiónicas pueden incluir, por ejemplo, una modificación de la superficie que tiene una carga positiva o catiónica. La modificación catiónica puede modificar una parte, aproximadamente la mitad, más de la mitad o sustancialmente toda la superficie del auxiliar de filtración compuesto. De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación catiónica puede modificar la superficie exterior del auxiliar de filtración compuesto, pero no puede modificar algunas superficies interiores, tales como los poros, dependiendo del tamaño de poro de la sílice precipitada.
La modificación catiónica incluye una modificación de la superficie catiónica. La modificación de la superficie catiónica incluye un polímero catiónico, tal como, por ejemplo, una resina catiónica.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir al menos un agente de acoplamiento unido, ya sea químicamente, físicamente o electrostáticamente, a la sílice precipitada. El agente de acoplamiento puede modificarse con una modificación catiónica, tal como, por ejemplo, un polímero catiónico. De acuerdo con algunas realizaciones, al menos un agente de acoplamiento puede incluir al menos uno de un silano funcional amino y un silano funcional isocianato. De acuerdo con algunas realizaciones, el agente de acoplamiento puede hacerse reaccionar con un polímero catiónico.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir al menos una de una poliamina, una poliamida, una polietilenimina, polilisina, quitosano, y un aminoácido, que incluye una proteína o polipéptido. De acuerdo con algunas realizaciones, una poliamida puede incluir epiclorhidrina de poliamida. De acuerdo con algunas realizaciones, una poliamina puede incluir la epiclorhidrina de poliamina, tal como, por ejemplo, una poliamina identificada con el nombre comercial “Polycup” por Solenis (anteriormente Ashland Chemicals, anteriormente Hercules). La polietilenimina podría identificarse con el nombre comercial “Lupasol P” por BASF.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir al menos un titanato. De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir un titanato de organo.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación catiónica puede incluir una molécula funcional de amina. La molécula funcional de amina puede formar una modificación de la superficie catiónica de la sílice precipitada o puede modificar catatonicamente un agente de acoplamiento. De acuerdo con algunas realizaciones, el agente de acoplamiento puede incluir una poliamina, tal como, por ejemplo, una poliamina alifática, etilendiamina, dietilenetriamina, trietilenetetramina, tetraetilenepentamina o polietilenimina. Por ejemplo, la polietilenimina puede incluir (polietilenimina) modificada con trimetoxisililpropilo o (polietilenimina) modificada con dimetoxisililmetilpropilo.
De acuerdo con algunas realizaciones, una modificación catiónica, tal como, por ejemplo, una modificación de la superficie catiónica puede incluir al menos uno de trialcoxisilano, como, por ejemplo, aminopropil trialcoxisilano, o un trietoxisilano, tal como, por ejemplo, aminopropiltrietoxisilano.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir una resina reticulada. De acuerdo con algunas realizaciones, un agente reticulante de la resina reticulada puede incluir al menos uno de un agente reticulante de poliamina y un agente reticulante de aminoácidos. Un aminoácido puede incluir una proteína o un polipéptido. De acuerdo con algunas realizaciones, un agente reticulante de la resina reticulada puede incluir un diisocianato, anhídrido, diepóxido o ácido dicarboxílico.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación catiónica puede incluir un siloxano o un silano como agente de acoplamiento. En algunas realizaciones, la modificación puede llevarse a cabo a través de tratamientos de silanización del auxiliar de filtración compuesto.
En general, los siloxanos son cualquiera de una clase de compuestos químicos orgánicos o inorgánicos que comprenden silicio, oxígeno y, a menudo, carbono e hidrógeno, basados en la fórmula empírica general de R2SiO, en donde R puede ser un grupo alquilo. Los siloxanos ejemplares pueden incluir, pero no se limitan a, dimetilsiloxano, metilfenilsiloxano, metilhidrógeno siloxano, metilhidrógeno polisiloxano, metiltrimetoxisilano, octametilciclotetrasiloxano, hexametildisiloxano, difenilsiloxano, y copolímeros o mezclas de copolímeros de cualquier combinación de unidades de monofenilsiloxano, unidades de difenilsiloxano, unidades de fenilmetilsiloxano, unidades de dimetilsiloxano, unidades de monometilsiloxano, unidades de vinilsiloxano, unidades de fenilvinilsiloxano, unidades de metilvinilsiloxano, unidades de etilsiloxano, unidades de feniletilsiloxano, unidades de etilmetilsiloxano, unidades de etilvinilsiloxano, o unidades de dietilsiloxano.
En general, los silanos y otros compuestos de silicio monomérico tienen la capacidad de unión a materiales inorgánicos, tal como la sílice precipitada. El mecanismo de unión puede ser ayudado por dos grupos en la estructura de silano, en donde, por ejemplo, la porción Si(O3) interactúa con elauxiliar de filtración compuesto, mientras que el grupo organofuncional (vinilo, amino, epoxi, etc.) puede interactuar con otros materiales.
En una realización, el auxiliar de filtración compuesto puede estar sujeto al menos a un tratamiento de la superficie con al menos un silano iónico. Los silanos iónicos ejemplares incluyen, pero no se limitan a, sal trisódica de ácido 3-(trimetoxisilil)propil-etilendiamino triacético y sal de 3-(trihidroxisilil)propilmetilfosfonato. En otra realización, el auxiliar de filtración compuesto se somete al menos a una modificación de la superficie con al menos un silano no iónico.
En una realización posterior, el auxiliar de filtración compuesto se somete al menos a una modificación de la superficie con al menos un silano de Fórmula (I):
(R1)xSi(R2 )3-xR3 (I)
en donde:
R1 es cualquier parte hidrolizable que puede reaccionar químicamente con cualquier grupo activo en la superficie del auxiliar de filtración compuesto, incluyendo, pero sin limitarse a, alcoxi, halógeno, hidroxi, ariloxi, amino, amida, metacrilato, mercapto, carbonilo, uretano, pirrolo, carboxi ciano aminoacilo, acilamino, éster de alquilo y éster de arilo; X tiene un valor entre 1 y 3, de modo que se puede formar más de un enlace de siloxano entre el auxiliar de filtración compuesto y al menos un silano;
R2 es cualquier resto que contenga carbono que no reaccione sustancialmente o interactúe con el auxiliar de filtración compuesto durante el proceso de tratamiento, incluyendo, pero sin limitarse a, alquilo, alquenilo, alcarilo, alquilcicloalquilo, arilo, cicloalquilo, cicloalquenilo, heteroarilo, heterocíclico, cicloalquilarilo, cicloalquenilarilo, alcicloalcarilo, alcicloalqueniarilo o arilalcarilo, sustituido o no sustituido;
R3 es cualquier fracción que contiene materia orgánica que permanece sustancialmente unida químicamente al átomo de silicio de Fórmula (I) una vez que se completa al menos una modificación de la superficie y que es capaz de reaccionar o interactuar con un principio activo, tales como, pero sin limitarse a, hidrógeno, alquilo, alquenilo, alcarilo, alquilcicloalquilo, arilo, cicloalquilo, cicloalquenilo, heteroarilo, heterocíclico, cicloalcarilo, cicloalquenilarilo, alquilcicloalcarilo, alquilcicloalquenilarilo, arilalcarilo, alcoxi, halógeno, hidroxi, ariloxi, amino, amida, metacrilato, mercapto, carbonilo, uretano, pirrolo, éster de alquilo, éster de arilo, carboxi, sulfonato, ciano, aminoacilo, acilamino, epoxi, fosfonato, isotiouronio, tiouronio, alquilamino, amonio cuaternario, trialquilamonio, alquil epoxi, alquil urea, alquil imidazol, o alquilisotiouronio; en donde el hidrógeno de dicho alquilo, alquenilo, arilo, cicloalquilo, cicloalquenilo, heteroarilo, y heterocíclico está opcionalmente sustituido por, por ejemplo, halógeno, hidroxi, amino, carboxi, o ciano.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir un alcoxisilano, tal como, por ejemplo, un trialcoxisilano, dialcoxisilano o monoalcoxisilano. De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir aminopropil trialcoxisilano. De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir un etoxisilano, tal como, por ejemplo, un trietoxisilano. De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir aminopropiltrietoxisilano.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir un silano funcional amino, tal como, por ejemplo, un silano funcional monoamino, un silano funcional diamino, un silano funcional triamino, un silano funcional amino secundario, un silano funcional amino terciario, un silano funcional amino cuaternario, un silano funcional amino dipodal, o un oligómero de aminoalquilsilsesquioxano. De acuerdo con algunas realizaciones, el silano funcional amino puede incluir al menos uno de un silano funcional amino monoalcoxi, dialcoxi, o trialcaloxi.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie catiónica puede incluir al menos uno de 4-aminobutiltrietoxisilano, 4-amino-3,3-dimetilbutiltrimetoxisilano, aminoneohexiltrimetoxisilano, n-(2-aminoetil)-3-aminopropiltrietoxisilano, 3-(m-aminofenoxi)propiltrimetoxisilano, m-aminofeniltrimetoxisilano, p-aminofeniltrimetoxisilano, aminofeniltrimetoxisilano, 3-aminopropiltrietoxisilano, 3-aminopropiltrimetoxisilano, 3-aminopropiltris(metoxietoxietoxi)silano, 11-aminoundeciltrietoxisilano, 2-(4-piridiletil)tri etoxisilano, 2-(2-piridiletil)trimetoxisilano, 2-(trimetoxisililetil)piridina, n-(3-trimetoxisililpropil)pirrolo, 3-aminopropilsilanetriol, 4-amino-3,3-dimetilbutilmetildimetoxisilano, 3-aminopropilmetildietoxisilano, 1-amino-2-(dimetiletoxisilil)propano, 3-aminopropildiisopropiletoxisilano, 3-aminopropildimetiletoxisilano, (aminoetilaminometil)fenetiltrimetoxisilano, n-(2-aminoetil)-3-aminopropiltrimetoxisilano, n-[3-(trimetoxisilil)propil]etilenediamina, n-(6-aminohexil)aminometiltrietoxisilano, n-(6-aminohexil)aminopropiltrimetoxisilano, n-(2-aminoetil)-11-aminoundeciltrimetoxisilano, n-3-[(amino(polipropilenoxi)]aminopropiltrimetoxisilano, n-(2-n-bencilaminoetil)-3-aminopropiltrimetoxisilano, n-(2-aminoetil)-3-aminopropilsilanetriol, n-(2-aminoetil)-3-aminopropiltrimetoxisilano-propiltrimetoxisilano, n-(2-aminoetil)-3-aminoisobutilmetildimetoxisilano, n-(2-aminoetil)-3-aminopropilmetildietoxisilano, n-(2-aminoetil)-3-aminopropilmetildimetoxisilano, n-(2-aminoetil)-3-aminoisobutildimetilmetoxisilano, (3-trimetoxisililpropil)dietilenetriamina, 3-(n-allilamino)propiltrimetoxisilano, n-butilaminopropiltrimetoxisilano, t-butilaminopropiltrimetoxisilano, (nciclohexilaminometil)metildietoxisilano, (n-ciclohexilaminometil)trietoxisilano, (n-ciclohexilaminopropil)trimetoxisilano, (3-(n-etilamino)isobutil)metildietoxisilano, (3-(n-etilamino)isobutil)trimetoxisilano, n-metilaminopropilmetildimetoxisilano, (fenilaminometil)metildimetoxisilano, n-fenilaminometiltrietoxisilano, n-fenilaminopropiltrimetoxisilano, n,n-bis(2-hidroxietil)-3-aminopropiltrietoxisilano, bis(3-trimetoxisililpropil)-n-metilamina, 3-carbazolilpropiltrietoxisilano, (n,ndietilaminometil)trietoxisilano, (n,n-dietilaminometil)trimetoxisilano, (n,n-dietil-3-aminopropil)trimetoxisilano, 3-(n,ndimetilaminopropil)aminopropilmetildimetoxisilano, n,n-dimetil-3-aminopropilmetildimetoxisilano, (n,n-dimetil-3-aminopropil)trimetoxisilano, n-metil-n-trimetilsilil-3-aminopropiltrimetoxisilano, tris(trietoxisililmetil)amina, tris(trietoxisililpropil)amina, clorhidrato de n-(2-n-bencilaminoetil)-3-aminopropiltrimetoxisilano, cloruro de n,n-didecil-nmetil-n-(3-trimetoxisililpropil)amonio, cloruro de octadecildimetil(3-trimetoxisililpropil)amonio, cloruro de (estirilmetil)bis(trietoxisililpropil)amonio, clorhidrato de 3-(n-estirilmetil-2-aminoetilamino)propiltrimetoxisilano, cloruro de tetradecildimetil(3-trimetoxisililpropil)amonio, cloruro de 4-(trimetoxisililetil)benciltrimetilamonio, cloruro de s-(trimetoxisililpropil)isotiouronio, clorhidrato de ácido trihidroxipropilcarbamidotioico, cloruro de n-trimetoxisililpropil-n,n,ntrimetilamonio, cloruro de n,n,n-trimetil-3-(trimetoxisilil)-1-propanaminio, 1-[3-(2-aminoetil)-3-aminoisobutil]-1,1,3,3,3-pentaetoxi-1,3-disilapropano, bis(metildietoxisililpropil)amina, bis(metildimetoxisililpropil)-n-metilamina, bis(3-tri etoxisililpropil)amina, n,n'-bis[3-(trietoxisilil)propil]urea, 1,11-bis(trimetoxisilil)-4-oxa-8-azaundecan-6-ol, 3,3,15,15-tetrametoxi-2,7,16-trioxa-11-aza-3,15-disilaheptadecan-9-ol, 2,2-dimetoxi-1,6-diaza-2-silaciclooctano, (n,ndimetilaminopropil)-aza-2-metil-2-metoxisilaciclopentano, 1-etil-2,2-dimetoxi-4-metil-1-aza-2-silaciclopentano, (1-(3-trietoxisilil)propil)-2,2-dietoxi-1-aza-2-silaciclopentano, aminopropilsilsesquioxano, aminoetilaminopropilsilsesquioxano, aminoetilaminopropilninusilsesquioxano, (polietilenimina) modificada con trimetoxisililpropilo, (polietilenimina) modificada con dimetoxisililmetilpropilo.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto puede tener una superficie porosa con hidroxilo que puede someterse a al menos una modificación de la superficie con al menos un silano, de tal manera que la superficie del auxiliar de filtración compuesto está químicamente unida a al menos un silano. En tal realización, el área de superficie del auxiliar de filtración compuesto puede limitar la cantidad del silano unido. Como resultado, puede ser preferible someter el auxiliar de filtración compuesto a al menos una modificación de la superficie física que aumente el área de la superficie del auxiliar de filtración compuesto antes del tratamiento con al menos un silano.
En algunas realizaciones, la silanización puede proceder de acuerdo con procesos “húmedos” o “secos” conocidos por el experto en la técnica. Por ejemplo, un proceso “húmedo” generalmente incluye hacer reaccionar al menos un silano sobre el auxiliar de filtración compuesto en al menos un disolvente (por ejemplo, disolvente orgánico o agua). En algunas realizaciones, se puede utilizar calor en lugar de, o además de, al menos un disolvente. Aunque el calor y los disolventes no son necesarios para un proceso “húmedo”, pueden mejorar la tasa de reacción y promover una cobertura superficial uniforme del tratamiento. En otra realización, un proceso “húmedo” incluye el mezclado en línea de mezclas líquidas espesas o líquidos durante los pasos típicos de procesamiento de silanización, incluyendo, pero sin limitarse a, la filtración y secado.
En algunas realizaciones, un proceso de silanización “seco” generalmente incluye hacer reaccionar al menos un silano con el auxiliar de filtración compuesto en una fase de vapor mezclando al menos un silano con el auxiliar de filtración compuesto y luego calentando la mezcla. En algunas realizaciones, un proceso de silanización “seco” incluye hacer reaccionar al menos un silano con el auxiliar de filtración compuesto en una fase líquida agitada mezclando al menos un silano con el auxiliar de filtración compuesto y luego calentando la mezcla. En otras realizaciones más, un proceso de silanización “seco” incluye mezclar al menos un silano con el auxiliar de filtración compuesto e incubar en un recipiente sellado a temperaturas elevadas para acelerar el proceso de modificación de la superficie. En otras realizaciones, el proceso de silanización “seco” incluye mezclar el auxiliar de filtración compuesto y un aditivo de silano líquido, en donde la cantidad de silano añadida es lo suficientemente pequeña como para que la masa de reacción permanezca sólida y pueda continuar procesándose como un material particulado seco.
De acuerdo con algunas realizaciones, un azasilano cíclico puede ser utilizado para modificar la química de la superficie del auxiliar de filtración compuesto. Por ejemplo, la deposición anhidra de un azasilano cíclico se puede utilizar para llevar a cabo una modificación de la superficie.
En algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto se somete al menos a una modificación de la superficie con al menos un silano añadiendo al menos un silano gradualmente a un disolvente agitado rápidamente, que está en contacto directo con el auxiliar de filtración compuesto. En otra realización, el auxiliar de filtración compuesto se somete al menos a una modificación de la superficie con al menos un silano mediante la realización del tratamiento en una fase de vapor, lo que hace que el vapor de al menos un silano entre en contacto y reaccione con el auxiliar de filtración compuesto.
En algunas realizaciones, el tratamiento del auxiliar de filtración compuesto puede incluir el tratamiento con un silano o siloxano con propiedades catiónicas para impartir propiedades catiónicas al auxiliar de filtración compuesto.
En algunas realizaciones, el silano o el siloxano pueden modificarse catiónicamente para impartir o potenciar las cargas catiónicas al auxiliar de filtración compuesto. De acuerdo con algunas realizaciones, el silano o siloxano puede modificarse para sustituir a los grupos funcionales catiónicos por el silano o siloxano, tales como, por ejemplo, los grupos amonio.
De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación catiónica puede incluir el tratamiento con al menos un compuesto de metal-oxígeno polivalente.
Composiciones del auxiliar de filtración
El auxiliar de filtración compuesto catiónico puede utilizarse como parte de una composición de auxiliar de filtración. Por ejemplo, de acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede utilizarse como un auxiliar de filtración para filtrar líquidos, tales como líquidos acuosos o no acuosos. Los líquidos no acuosos pueden incluir, por ejemplo, ésteres alquilos de ácidos grasos (FAAE, por sus siglas en inglés), biodiésel, aceites comestibles, aceite, tal como un aceite comestible, aceites animales, grasas animales, aceites hidrogenados, aceite de palma, aceite de palmiste, manteca de cacao, sustitutos de la manteca de cacao, grasa de illipe, grasa de karité, aceite de canola, aceite de ricino, aceite de coco, aceite de cilantro, aceite de maíz, aceite de algodón, aceite de avellana, aceite de cáñamo, aceite de linaza, aceite de hueso de mango, aceite de oliva, aceite de cacahuate, aceite de colza, aceite de salvado de arroz, aceite de cártamo, aceite de soya y aceite de girasol, o combinaciones de los mismos. Los líquidos no acuosos pueden incluir, por ejemplo, líquidos que contengan menos o igual a aproximadamente 25 % de agua.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede reducir el contenido de metal de un líquido, tal como, por ejemplo, mediante adsorción y/o filtración de metales o iones metálicos. Los metales que pueden ser adsorbidos o filtrados incluyen, pero no se limitan a, sodio, calcio, potasio, hierro, magnesio y fósforo. En algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto puede reducir el contenido de metal en un porcentaje superior o igual a aproximadamente, por ejemplo, 90 %, 85 %, 80 %, 75 %, 70 %, 65 %, 60 %, 55 % o 50 %. Por ejemplo, según lo medido de acuerdo con la norma EN 14538, el contenido de hierro puede reducirse en un porcentaje superior o igual a aproximadamente 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 % o 90 %. De acuerdo con algunas realizaciones, el contenido de metal no hierro puede reducirse en un porcentaje superior o igual a aproximadamente, por ejemplo, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 % o 80 %. De acuerdo con algunas realizaciones, la cantidad de reducción de metal puede verse afectada por otros parámetros, tal como, por ejemplo, la cantidad de metal presente antes de la filtración.
Los auxiliares de filtración compuestos catiónicos descritos en la presente también pueden actuar como auxiliares de filtración de reemplazo para la tierra diatomácea, gel de sílice o auxiliares de filtración de hidrogel. En comparación con los auxiliares de filtración de hidrogel, los auxiliares de filtración compuestos catiónicos pueden tener un rendimiento de filtración aceptable, pero pueden tener una mejor filtración de impurezas con carga negativa, tales como iones negativos o moléculas que tienen cargas negativas o regiones de carga negativa. Sin desear limitarse a una teoría en particular, se cree que el sustrato de silicato tiene una estructura microporosa, mientras que la sílice precipitada puede tener una estructura nanoporosa. Esta combinación de microporosidad y nanoporosidad ayuda a filtrar impurezas de varios rangos de tamaño. Por ejemplo, la nanoporosidad puede ayudar en el filtrado de impurezas de metales y moléculas pequeñas, mientras que la microporosidad puede ayudar en el filtrado de moléculas grandes, tales como los jabones. La carga positiva impartida por la modificación catiónica puede mejorar la adsorción de las cargas negativas, mientras que las regiones sin modificación catiónica todavía pueden adsorber impurezas con carga positiva. Esto puede dar como resultado una filtración más eficaz o completa.
Como se utiliza en la presente, la “adsorción” es la tendencia de las moléculas de una fase de fluido ambiente a adherirse a la superficie de un sólido. Esto no debe confundirse con el término “absorción”, que resulta cuando las moléculas de un fluido ambiental se difunden en un sólido, en lugar de adherirse a la superficie del sólido.
Para lograr una capacidad de adsorción deseada, tal como se puede especificar para uso comercial, los auxiliares de filtración compuestos catiónicos pueden tener un área de superficie relativamente grande, lo que puede implicar una estructura porosa fina. En ciertas realizaciones, los filtros porosos, en su forma de polvo sin reaccionar, pueden tener áreas de superficie que pueden alcanzar hasta varios cientos de m2/g.
Como se usa en la presente, “área de superficie” se refiere a un área de superficie BET. El “área de superficie BET”, como se utiliza en la presente, se refiere a la técnica para calcular el área de superficie específica de las moléculas de absorción física de acuerdo con la teoría de Brunauer, Emmett y Teller (“BET”). El área de superficie BET se puede medir con un analizador de superficie Gemini III 2375, utilizando nitrógeno como gas sorbente, o con el analizador de área de superficie y porosimetría ASAP ® 2460, disponible de Micromeritics Instrument Corporation (Norcross, Ga., EE. UU.).
Los componentes de filtración con diferentes áreas de superficie BET y/o diferentes áreas de poro total pueden dar lugar a diferentes capacidades de adsorción y tasa de filtración. Normalmente, un auxiliar de filtración con un BET más bajo y/o un área de poro total más baja tiende a tener una menor capacidad de adsorción y una tasa de filtración más rápida. Por ejemplo, los auxiliares de filtración de tierra diatomácea calcinada y los auxiliares de filtración de perlita expandida y molida pueden actuar como auxiliares de filtración con tasas de flujo más altas, pero con una función de adsorción mínima, debido a la superficie baja, que suele ser inferior a 10 m2/g. Los componentes adsorbentes, tales como los geles de sílice, son generalmente altos en áreas de superficie BET o áreas de poro total, pero sus tasas de filtración son generalmente bajas, debido a una distribución mucho más fina del tamaño de partícula y/o la falta de porosidad. Las partículas finas pueden bloquear los poros durante la filtración, y el área de superficie alta puede crear más arrastre en el flujo, causando así una caída significativa de la tasa de filtración. Los auxiliares de filtración compuestos catiónicos que se describen en en la presente pueden proporcionar tasas de filtración aceptables, así como propiedades de adsorción y eliminación de impurezas, en comparación con los silicatos no tratados (por ejemplo, tierra diatomácea), geles de sílice o silicatos de magnesio puro solo.
De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener un área de superficie BET en un rango de aproximadamente 1 m2/g a aproximadamente 300 m2/g. Por ejemplo, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener un área de superficie BET en un rango de aproximadamente 5 m2/g a aproximadamente 200 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 250 m2/g, de aproximadamente 100 m2/g a aproximadamente 200 m2/g, de aproximadamente 150 m2/g a aproximadamente 250 m2/g, de aproximadamente 10 m2/g a aproximadamente 150 m2/g, de aproximadamente 30 m2/g a aproximadamente 150 m2/g, de aproximadamente 30 m2/g a aproximadamente 100 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 100 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 70 m2/g, de aproximadamente 60 m2/g a aproximadamente 80 m2/g, de aproximadamente 70 m2/g a aproximadamente 90 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 200 m2/g, de aproximadamente 50 m2/g a aproximadamente 150 m2/g, de aproximadamente 100 m2/g a aproximadamente 200 m2/g, o de aproximadamente 100 m2/g a aproximadamente 150 m2/g.
Una técnica para describir las distribuciones de tamaño de poro en los materiales es la porosimetría de intrusión de mercurio, que utiliza la intrusión de mercurio bajo presión isostática aplicada para medir poros de escala micrónica, tales como los del sustrato de silicato. En este método, un material está rodeado de mercurio líquido en un recipiente evacuado cerrado y la presión aumenta gradualmente. El recipiente está sellado y la presión se reduce a un nivel muy bajo antes de que comience la intrusión de mercurio. A bajas presiones, el mercurio no penetrará en la muestra de polvo debido a la alta tensión superficial del mercurio líquido. A medida que aumenta la presión, el mercurio se fuerza en la muestra, pero primero se introduce en los espacios más grandes, en donde la curvatura de la superficie de mercurio será la más baja. A medida que aumenta la presión, el mercurio se ve obligado a penetrar en espacios más estrechos del material. Finalmente, todos los vacíos se llenarán de mercurio La estructura nanoporosa se midió por adsorción de nitrógeno utilizando un analizador de área de superficie y porosimetría ASAP® 2460, disponible de Micromeritics Instrument Corporation (Norcross, Ga., EE. UU.). De este modo, se puede desarrollar el gráfico de volumen vacío total frente a presión. Por lo tanto, el método puede proporcionar no sólo el volumen total de poro, sino también distinguir una distribución de los tamaños de poro. Una vez que se ha estimado la distribución de los poros, es posible calcular una estimación del área de superficie basada en los tamaños de los poros, y asumiendo una forma de poro (una forma esférica puede ser comúnmente asumida). Las estimaciones de la mediana de tamaño de poro también se pueden calcular en función del volumen o el área. La mediana de tamaño de poro (volumen) es el tamaño de poro en el percentil 50 en el gráfico de volumen acumulado, mientras que la mediana de tamaño de poro (área) es el percentil 50 en el gráfico de área acumulada. El tamaño de poro de promedio (diámetro) es cuatro veces la relación entre el volumen total de poro y el área total de poro (4V/A).
De acuerdo con algunas realizaciones, el sustrato de silicato, por ejemplo, diatomita, puede tener una mediana de diámetro de poro (4V/A) en un rango de aproximadamente 0,1 micra a aproximadamente 30 micras, tal como, por ejemplo, en un rango de aproximadamente 1 micra a aproximadamente 10 micras, de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 20 micras, de aproximadamente 20 micras a aproximadamente 30 micras, de aproximadamente 5 micras a aproximadamente 15 micras, de aproximadamente 15 micras a aproximadamente 25 micras, de aproximadamente 0,5 micras a aproximadamente 5 micras, de aproximadamente 1 micra a aproximadamente 5 micras, de aproximadamente 5 micras a aproximadamente 10 micras, de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 15 micras, de aproximadamente 15 micras a aproximadamente 20 micras, de aproximadamente 20 micras a aproximadamente 25 micras, de aproximadamente 25 micras a aproximadamente 30 micras, de aproximadamente 0,1 micra a aproximadamente 5 micras, de aproximadamente 2 micras a aproximadamente 7 micras, de aproximadamente 7 micras a aproximadamente 12 micras, de aproximadamente 12 micras a aproximadamente 17 micras, de aproximadamente 17 micras a aproximadamente 22 micras, o de aproximadamente 22 micras a aproximadamente 27 micras.
De acuerdo con algunas realizaciones, el sustrato de silicato puede tener una mediana de diámetro de poro (volumen) en un rango de aproximadamente 0,1 micra a aproximadamente 10 micras, tal como, por ejemplo, en un rango de aproximadamente 0,1 micra a aproximadamente 5 micras, de aproximadamente 0,5 micras a aproximadamente 3 micras, de aproximadamente 1 micra a aproximadamente 5 micras, de aproximadamente 5 micras a aproximadamente 10 micras, de aproximadamente 2 micras a aproximadamente 8 micras, o de aproximadamente 3 micras a aproximadamente 6 micras.
De acuerdo con algunas realizaciones, el sustrato de silicato puede tener una mediana de diámetro de poro (área) en un rango de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 50 nm, tal como, por ejemplo, en un rango de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 20 nm, de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 10 nm, de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 5 nm, de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 10 nm, o de aproximadamente 3 nm a aproximadamente 8 nm.
De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede tener un tamaño de poro inferior o igual a aproximadamente 50 nm, según lo medido mediante adsorción de nitrógeno utilizando un analizador de área de superficie y porosimetría ASAP® 2460 utilizando la técnica BJH. Por ejemplo, la sílice precipitada puede tener un tamaño de poro inferior o igual a aproximadamente 15 nm, inferior o igual a aproximadamente 20 nm, inferior o igual a aproximadamente 15 nm, inferior o igual a aproximadamente 10 nm, inferior o igual a aproximadamente 8 nm, inferior o igual a aproximadamente 7 nm, inferior o igual a aproximadamente 6 nm, inferior o igual a aproximadamente 5 nm, o inferior o igual a aproximadamente 4 nm. De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede tener un tamaño de poro en un rango de aproximadamente 0,1 nm a aproximadamente 20 nm, tal como, por ejemplo, en un rango de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 20 nm, de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 15 nm, de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 10 nm o de aproximadamente 10 nm a aproximadamente 15 nm, de aproximadamente 0,1 nm a aproximadamente 5 nm, de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 5 nm, de aproximadamente 2 nm a aproximadamente 7 nm, de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 10 nm, de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 3 nm, de aproximadamente 3 nm a aproximadamente 5 nm, de aproximadamente 4 nm a aproximadamente 6 nm, de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 7 nm, o de aproximadamente 7 nm a aproximadamente 10 nm.
De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede tener un volumen de poro BJH (1,7 nm a 300 nm) en un rango de aproximadamente 0,05 cm3/g a aproximadamente 0,5 cm3/g según lo medido como se describió anteriormente. Por ejemplo, el silicato de magnesio precipitado puede tener un volumen de poro BJH (1,7 nm a 300 nm) en un rango de aproximadamente 0,05 cm3/g a aproximadamente 0,5 cm3/g, de aproximadamente 0,08 cm3/g a aproximadamente 0,45 cm3/g, de aproximadamente 0,10 cm3/g a aproximadamente 0,30 cm3/g, de aproximadamente 0,15 cm3/g a aproximadamente 0,45 cm3/g, de aproximadamente 0,15 cm3/g a aproximadamente 0,25 cm3/g, de aproximadamente 0,25 cm3/g a aproximadamente 0,35 cm3/g, o de aproximadamente 0,35 cm3/g a aproximadamente 0,45 cm3/g.
De acuerdo con algunas realizaciones, los auxiliares de filtración compuestos catiónicos pueden procesarse para proporcionar una amplia gama de tasas de flujo, que están relacionadas con la permeabilidad. El auxiliar de filtración compuesto catiónico divulgado en la presente puede tener una permeabilidad adecuada para su uso en el filtrado de líquidos acuosos y/o no acuosos. La permeabilidad se mide generalmente en unidades Darcy o darcies. La permeabilidad se puede determinar utilizando un dispositivo diseñado para formar una torta de filtración en un septo a partir de una suspensión de auxiliar de filtración en agua, y luego medir el tiempo necesario para que un volumen específico de agua fluya a través de un espesor medido de la torta de filtración del área de sección transversal conocida. Por ejemplo, la permeabilidad se puede medir a través de un material poroso de auxiliar de filtración de 1 cm de alto y con una sección de 1 cm2 a través del cual fluye un fluido con una viscosidad de 1 mPa^s con una tasa de flujo de 1 cm3/seg bajo un diferencial de presión aplicado de 101,325 kPa (1 atmósfera). Los principios para medir la permeabilidad se han derivado previamente para los medios porosos de la ley de Darcy (véase, por ejemplo, J. Bear, “The Equation of Motion of a Homogeneous Fluid: Derivations of Darcy's Law," in Dynamics of Fluids in Porous Media 161-177 (2° ed. 1988)).
De acuerdo con algunas realizaciones, los auxiliares de filtración compuestos catiónicos puede tener una permeabilidad en un rango de 4,93 x 10-14 m2 a 4,93 x 10-12 m2 (50 milidarcies (“md”) a 5000 md). Las mediciones de permeabilidad se realizaron utilizando una disolución acuosa diluida de NaCl Na2SO4 Na2CO3 que tiene propiedades que imitan el agua natural con una curva de viscosidad-temperatura fija. Por ejemplo, los auxiliares de filtración compuestos y catiónicos pueden tener una permeabilidad en un rango de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 1000 md), de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 500 md), de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-13 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 300 md), de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 200 md), de aproximadamente 4,93 x 10-14 m2 a aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 (aproximadamente 50 md a aproximadamente 100 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 3,95 x 10-13 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 400 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-13 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 300 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 200 md), de aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-13 m2 (aproximadamente 200 md a aproximadamente 300 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 3,95 x 10-12 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 4000 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-12 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 3000 md), de aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-12 m2 (aproximadamente 500 md a aproximadamente 3000 md), de aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 a aproximadamente 1,48 x 10-12 m2 (aproximadamente 500 md a aproximadamente 1500 md), de aproximadamente 1,48 x 10-12 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-12 m2 (aproximadamente 1500 md a aproximadamente 3000 md), de aproximadamente 1,97 x 10-13 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-12 m2 (aproximadamente 200 md a aproximadamente 2000 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 1000 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 500 md), de aproximadamente 9,87 x 10-14 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-13 m2 (aproximadamente 100 md a aproximadamente 300 md), de aproximadamente 2,96 x 10-13 m2 a aproximadamente 7,90 x 10-13 m2 (aproximadamente 300 md a aproximadamente 800 md), de aproximadamente 4,93 x 10-13 m2 a aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 (aproximadamente 500 md a aproximadamente 1000 md), de aproximadamente 7,90 x 10-13 m2 a aproximadamente 1,18 x 10-12 m2 (aproximadamente 800 md a aproximadamente 1200 md), de aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 a aproximadamente 1,48 x 10-12 m2 (aproximadamente 1000 md a aproximadamente 1500 md), de aproximadamente 1,48 x 10-12 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-12 m2 (aproximadamente 1500 md a aproximadamente 2000 md), de aproximadamente 1,97 x 10-12 m2 a aproximadamente 2,47 x 10-12 m2 (aproximadamente 2000 md a aproximadamente 2500 md), de aproximadamente 2,47 x 10-12 m2 a aproximadamente 2,96 x 10-12 m2 (aproximadamente 2500 md a aproximadamente 3000 md), o de aproximadamente 9,87 x 10-13 m2 a aproximadamente 1,97 x 10-12 m2 (aproximadamente 1000 md a aproximadamente 2000 md).
De acuerdo con algunas realizaciones, la sílice precipitada puede formar un recubrimiento en el sustrato de silicato. De acuerdo con algunas realizaciones, la cantidad de sílice precipitada puede ser inferior o igual a aproximadamente 80% en peso del auxiliar de filtración compuesto, tal como, por ejemplo, inferior o igual a aproximadamente 50%, inferior o igual a aproximadamente 40%, inferior o igual a aproximadamente 35%, inferior o igual a aproximadamente 30%, inferior o igual a aproximadamente 25%, inferior o igual a aproximadamente 20%, inferior o igual a aproximadamente 15%, or inferior o igual a aproximadamente 5% en peso del auxiliar de filtración compuesto.
La cantidad de sílice precipitada puede estar en un rango de aproximadamente 1% a aproximadamente 80% en peso del auxiliar de filtración compuesto, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 1% a aproximadamente 50%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 60%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 40%, de aproximadamente 10% a aproximadamente 30%, de aproximadamente 1% a aproximadamente 10%, de aproximadamente 10% a aproximadamente 20%, de aproximadamente 20% a aproximadamente 30%, de aproximadamente 30% a aproximadamente 40%, de aproximadamente 1% a aproximadamente 5%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 15%, de aproximadamente 15% a aproximadamente 25%, de aproximadamente 25% a aproximadamente 35%, o de aproximadamente 35% a aproximadamente 45% en peso del auxiliar de filtración compuesto.
Los auxiliares de filtración compuestos catiónicos divulgados en la presente tienen un tamaño de partícula. El tamaño de partícula puede medirse mediante cualquier técnica de medición apropiada que conozca actualmente el experto en la técnica o que se descubra posteriormente. En un método ejemplar, el tamaño de partícula y las propiedades del tamaño de partícula, tal como la distribución del tamaño de partícula (“psd”, por sus siglas en inglés), se miden utilizando un analizador láser de tamaño de partícula Leeds & Northrup Microtrac X100 (Leeds & Northrup, North Wales, Pennsylvania, EE. UU.). El tamaño de una partícula dada se expresa en términos del diámetro de una esfera de diámetro equivalente que se sedimenta a través de la suspensión, también denominado diámetro esférico equivalente o “ESD”, por sus siglas en inglés. La mediana de tamaño de partícula, o valor d50 es el valor en el que el 50 % en peso de las partículas tienen un ESD inferior a ese valor d50. El valor d10 es el valor en el que el 10 % en peso de las partículas tienen un ESD inferior a ese valor dm El valor d90 es el valor en el que el 90 % en peso de las partículas tienen un ESD inferior a ese valor d90.
De acuerdo con algunas realizaciones, los auxiliares de filtración compuestos catiónicos pueden tener una mediana de tamaño de partícula (d50) en un rango de aproximadamente 5 micras a aproximadamente 50 micras, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 5 micras a aproximadamente 40 micras, de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 40 micras, de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 30 micras, o de aproximadamente 15 micras a aproximadamente 25 micras.
Los auxiliares de filtración compuestos catiónicos tienen una densidad húmeda medible. La “densidad húmeda” es un indicador de la porosidad de un material. Por ejemplo, la densidad húmeda refleja el volumen vacío disponible para atrapar partículas en un proceso de filtración y, en consecuencia, la densidad húmeda puede utilizarse para determinar la eficiencia de filtración. La densidad húmeda también indica el porcentaje de porosidad de un material, que puede expresarse mediante la siguiente fórmula:
Porosidad = 100 * [1-( densidad en húmedo/densidad real)].
Por lo tanto, los componentes de filtración con densidades húmedas más bajas pueden dar como resultado productos con mayor porosidad y, por lo tanto, tal vez mayor eficiencia de filtración, siempre que la densidad real se mantenga relativamente constante. Debido a que la densidad húmeda refleja el volumen vacío del componente adsorbente para entretener la materia en el proceso de filtración, una densidad húmeda más baja puede indicar que el componente adsorbente tiene un volumen vacío alto y, por lo tanto, puede adsorber más partículas y/o componentes en el fluido.
De acuerdo con un método ejemplar, para medir la densidad húmeda, se coloca una muestra de material de peso conocido de aproximadamente 1,00 g a aproximadamente 2,00 g en un tubo de centrífuga calibrado de 15 ml. A continuación, se añade agua desionizada para formar un volumen de aproximadamente 10 ml. La mezcla se agita completamente hasta que toda la muestra se humedece y no queda polvo. Se añade agua desionizada adicional alrededor de la parte superior del tubo de la centrífuga para eliminar cualquier mezcla que se adhiera al lateral del tubo a causa de la agitación. A continuación, el tubo se centrifuga durante 5 minutos a 2500 rpm en una centrífuga IEC Centra® MP-4R equipada con un rotor de cuchara basculante modelo 221 (International Equipment Company; Needham Heights, Massachusetts, EE. UU.). Después de la centrifugación, el tubo se retira cuidadosamente sin perturbar los sólidos, y el nivel (es decir, el volumen) de la materia sedimentada se mide en cm3. La densidad húmeda centrifugada del polvo se puede calcular dividiendo el peso de la muestra entre el volumen medido. De acuerdo con algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener una densidad húmeda en un rango de aproximadamente 160,2 kg/m3 a aproximadamente 640,7 kg/m3 (de aproximadamente 10 libras/pie3 a aproximadamente 40 libras/pie3). Por ejemplo, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede tener una densidad húmeda en un rango de aproximadamente 160,2 kg/m3 a aproximadamente 320,4 kg/m3 (aproximadamente 10 lb/pie3 a aproximadamente 20 lb/pie3), de aproximadamente 320,4 kg/m3 a aproximadamente 480,6 kg/m3 (aproximadamente 20 lb/pie3 a aproximadamente 30 lb/pie3), de aproximadamente 240,3 kg/m3 a aproximadamente 400,5 kg/m3 (aproximadamente 15 lb/pie3 a aproximadamente 25 lb/pie3), de aproximadamente 400,5 kg/m3 a aproximadamente 560,7 kg/m3 (aproximadamente 25 lb/pie3 a aproximadamente 35 lb/pie3), de aproximadamente 240,3 kg/m3 a aproximadamente 320,4 kg/m3 (aproximadamente 15 lb/pie3 a aproximadamente 20 lb/pie3), de aproximadamente 320,4 kg/m3 a aproximadamente 400,5 kg/m3 (aproximadamente 20 lb/pie3 a aproximadamente 25 lb/pie3), o de aproximadamente 400,5 kg/m3 a aproximadamente 480,6 kg/m3 (aproximadamente 25 lb/pie3 a aproximadamente 30 lb/pie3).
Usos ejemplares de los auxiliares de filtración compuestos
Los auxiliares de filtración compuestos catiónicos divulgados en la presente pueden utilizarse en cualquiera de diversos procesos, aplicaciones y materiales, tales como, por ejemplo, filtrado de líquidos acuosos y no acuosos. Por ejemplo, los auxiliares de filtración compuestos catiónicos pueden utilizarse para filtrar aceites, agua, cerveza, vino, jugo, edulcorantes, jarabes o aguas residuales.
Por ejemplo, los auxiliares de filtración compuestos catiónicos pueden utilizarse para adsorber, quelar o eliminar impurezas de un fluido. Las impurezas filtradas pueden incluir impurezas con carga negativa o aniónicas, tales como, por ejemplo, ciertos metales peligrosos, tales como metales pesados o iones metálicos aniónicos, tal como el arsénico. De acuerdo con algunas realizaciones, la modificación de la superficie aniónica puede mejorar la eliminación del color, tal como, por ejemplo, la decoloración de los aceites naturales a través de la adsorción de clorofila o subproductos de la oxidación. Los auxiliares de filtración compuestos catiónicos también pueden tener una mejor filtración de polifenoles.
De acuerdo con algunas realizaciones, los auxiliares de filtración compuestos catiónicos pueden incluir al menos un adsorbente, tal como, por ejemplo, carbón activado o materiales de arcilla.
La Figura 1A muestra un esquema de un auxiliar de filtración de silicato ejemplar, tal como, por ejemplo, un auxiliar de filtración de tierra diatomácea o un auxiliar de filtración compuesto sin una modificación catiónica. Como se muestra en la Figura 1A, la superficie del silicato tiene una carga negativa. Esto se confirma al colocar el auxiliar de filtración compuesto en una suspensión de colorante azul de metilo, que tiene una carga positiva. Como se muestra en los viales de la Figura IA, el colorante azul de metilo con carga positiva se adsorbió al auxiliar de filtración compuesto, confirmando la carga superficial negativa o aniónica del auxiliar de filtración compuesto.
La Figura 1B muestra un esquema de un auxiliar de filtración compuesto catiónico ejemplar. Como se muestra en la Figura IB, la superficie del auxiliar de filtración compuesto catiónico ha sido modificada para tener una carga superficial positiva o catiónica. Esto se confirma al colocar el auxiliar de filtración compuesto en una suspensión de colorante amarillo de metanilo, que tiene una carga negativa. Como se muestra en los viales de la Figura 1B, el colorante amarillo de metanilo con carga negativa se adsorbió al auxiliar de filtración compuesto catiónico, confirmando la carga superficial positiva o catiónica del auxiliar de filtración compuesto catiónico.
Los auxiliares de filtración compuestos catiónicos ejemplares se pueden utilizar en diversos procesos y composiciones de filtración. De acuerdo con algunas realizaciones, se puede utilizar un elemento filtrante para apoyar el auxiliar de filtración compuesto catiónico. En algunas realizaciones, el elemento filtrante contiene vacíos del elemento filtrante a través de los cuales puede fluir líquido. En algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico se puede aplicar a un septo filtrante para protegerlo y/o para mejorar la claridad del líquido que se filtrará en un proceso de filtración. En algunas realizaciones, el auxiliar de filtración compuesto catiónico puede añadirse directamente al fluido, tal como un fluido no acuoso (por ejemplo, biodiésel o aceites comestibles) que se filtrará para aumentar la tasa de flujo y/o extender el ciclo de filtración. En algunas realizaciones, los auxiliares de filtración compuestos catiónicos pueden utilizarse como una capa de recubrimiento previo para un elemento filtrante, en la alimentación de relleno para ayudar a mejorar la vida útil de una torta de filtración y/o para mantener las propiedades del flujo a través del filtro, o en una combinación de recubrimiento previo y alimentación de relleno, en un proceso de filtración.
Las realizaciones de los auxiliares de filtración compuestos catiónicos también se pueden utilizar en diversos métodos de filtrado. En algunas realizaciones, el método de filtrado incluye el recubrimiento previo de al menos un elemento filtrante con el auxiliar de filtración compuesto catiónico, y el contacto con al menos un líquido que se filtrará con al menos un elemento filtrante recubierto. En tales realizaciones, el contacto puede incluir el paso del líquido a través del elemento filtrante. En algunas realizaciones, el método de filtrado incluye suspender el auxiliar de filtración compuesto catiónico en el líquido que se filtrará y, a continuación, separar el auxiliar de filtración compuesto catiónico del líquido filtrado.
Aunque ciertas realizaciones pueden describirse con referencia a los auxiliares de filtración compuestos catiónicos, se entiende que estos son sólo ejemplares y que los auxiliares de filtración compuestos catiónicos pueden combinarse adicionalmente con otros materiales auxiliares de filtración, tales como, por ejemplo, tierra de diatomeas, vidrios naturales, geles de sílice, partículas de silicato de magnesio o hidrogeles.
Ejemplo
Se preparó un auxiliar de filtración compuesto catiónico ejemplar. En primer lugar, se añadieron 50,0 g de tierra diatomácea recubierta de gel de sílice, disponible comercialmente como aditivos de rendimiento y filtración Celite Cynergy® de Imerys, a un vaso de precipitados de 0,5 litros con 250 ml de agua y se agitaron con un agitador a 150 rpm. A continuación, se añadieron 0,06 g de hidróxido de sodio al vaso y el pH se estabilizó a 10,0. A continuación, se añadieron 0,25 ml de isocianato de trietisililpropilo con agitación al vaso de precipitados y se les permitió reaccionar durante 1 hora. A continuación, se añadieron 3,0 g de disolución de polietilenimina al 50 %, comercialmente disponible como “Lupasol P” de BASF SE con agitación al vaso de precipitados y se dejó reaccionar durante 1 hora.
Después de la reacción, el componente sólido recolectó mediante filtración al vacío. El sólido se enjuagó con aproximadamente 80 ml de agua aproximadamente cinco veces. El sólido enjuagado se redispersó en 250 ml de agua y se midió la conductividad. El proceso de enjuague y redispersión se repitió hasta que la conductividad medida fue inferior a 1 milisiemens (mS). A continuación, el sólido se recolectó mediante filtración al vacío y se secó durante la noche a 80 °C. También se preparó una muestra de control del auxiliar de filtración compuesto sin la modificación de la superficie catiónica.
Las propiedades de eliminación de aniones del auxiliar de filtración compuesto catiónico se determinaron colocando 0,50 g o 1,00 g de adsorbente, ya sea el auxiliar de filtración compuesto catiónico ejemplar o el auxiliar de filtración compuesto de control, como un elemento de filtración en un matraz Erlenmeyer que contiene 50 ml de agua y se titula con 0,02 M HCl a pH 4,0. A continuación, se añadió agua en una cantidad de 25 ml menos el volumen de titulación de HCl al matraz. A continuación, se añadieron 5,0 mg o 10,0 mg de colorante amarillo de metanilo.
Los componentes líquidos se recolectaron mediante filtración al vacío, y la eliminación del colorante se calculó mediante medición de la absorbancia de luz a 414 nm. Los resultados se muestran a continuación en la Tabla 1. Como se muestra en la Tabla 1, 1,0 g de auxiliar de filtración compuesto de control eliminó el 18 % del colorante amarillo de metanilo, mientras que 1,0 g de auxiliar de filtración compuesto catiónico ejemplar eliminó más del 99 % del colorante amarillo de metanilo para las disoluciones de colorante de 5,0 mg. Como también se muestra en la Tabla 1, 1,00 g del auxiliar de filtración compuesto catiónico ejemplar también eliminó más del 99 % de los 10 mg de la disolución de colorante y 0,5 g del auxiliar de filtración compuesto catiónico ejemplar eliminaron el 96 % de los 10 mg de la disolución de colorante.
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TABLA 1
La Figura 2 muestra los resultados de adsorción de amarillo de metanilo de este ejemplo. Como se muestra en la Figura 2, el auxiliar de filtración compuesto de control adsorbió muy poco del colorante amarillo de metanilo con carga negativa. La misma cantidad de auxiliar de filtración compuesto catiónico ayuda a adsorber sustancialmente la misma cantidad de colorante amarillo de metanilo (por ejemplo, 5 mg) y sustancialmente todo el colorante amarillo de metanilo al doble de carga (por ejemplo, 10 mg). Como también se muestra en la Figura 2, la mitad del adsorbente catiónico (0,50 g) adsorbió sustancialmente todo el colorante amarillo de metanilo al doble de la cantidad de carga (por ejemplo, 10 mg). Estos resultados indican que la modificación catiónica de los auxiliares de filtración compuestos puede aumentar sustancialmente la adsorción, y, por lo tanto, la filtración, de las impurezas con carga negativa en el fluido que se está filtrando.
Otras realizaciones de la invención serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la consideración de la memoria descriptiva y la práctica de la invención divulgada en la presente. Se pretende que la memoria descriptiva y los ejemplos se consideren sólo ejemplares, con un verdadero alcance y espíritu de la invención que se indica en las siguientes reivindicaciones.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un auxiliar de filtración compuesto catiónico que comprende:
un sustrato de silicato, en donde el sustrato de silicato se selecciona del grupo que consiste en diatomita, perlita, piedra pómez, ceniza volcánica, caolín calcinado, esmectita, mica, talco, shirasu, obsidiana, piedra pez, ceniza de cascarilla de arroz, y combinaciones de los mismos;
una sílice precipitada en el sustrato de silicato; y.
una modificación de la superficie catiónica de la sílice precipitada, en donde la modificación de la superficie catiónica comprende un polímero catiónico.
2. El auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde la sílice precipitada comprende un gel de sílice.
3. El auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde la sílice precipitada está en un rango de 5 % a 60 % en peso del auxiliar de filtración compuesto.
4. El auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde la sílice precipitada está en un rango de 1 % a 80 % en peso del auxiliar de filtración compuesto.
5. El auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde la modificación de la superficie catiónica comprende al menos un agente de acoplamiento entre la sílice precipitada y el polímero catiónico.
6. El auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 5, en donde al menos un agente de acoplamiento comprende al menos uno de un silano funcional amino y un silano funcional isocianato.
7. El auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde la modificación de la superficie catiónica comprende al menos uno de una poliamina, una poliamida, una polietilenimina, polilisina y quitosano.
8. El auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 7, en donde la poliamida comprende epiclorhidrina de poliamida, en donde la poliamina comprende epiclorhidrina de poliamina.
9. El auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 1, en donde la modificación de la superficie catiónica comprende una resina reticulada.
10. El auxiliar de filtración compuesto catiónico de conformidad con la reivindicación 9, en donde un agente reticulante de la resina reticulada comprende al menos uno de un agente reticulante de poliamina y un agente reticulante de aminoácidos.
11. Un método para preparar un auxiliar de filtración compuesto catiónico, comprendiendo el método: proporcionar un sustrato de silicato;
precipitar una sílice sobre el sustrato de silicato para formar un auxiliar de filtración compuesto; y
modificar catiónicamente la sílice precipitada para formar un auxiliar de filtración compuesto catiónico, en donde la modificación de la superficie catiónica comprende un polímero catiónico, y en donde el sustrato de silicato se selecciona del grupo que consiste en diatomita, perlita, piedra pómez, ceniza volcánica, caolín calcinado, esmectita, mica, talco, shirasu, obsidiana, piedra pez, ceniza de cascarilla de arroz, y combinaciones de los mismos.
12. El método de conformidad con la reivindicación 11, que comprende además modificar la sílice precipitada con un agente de acoplamiento, y hacer reaccionar el agente de acoplamiento con el polímero catiónico.
13. El método de conformidad con la reivindicación 11, en donde modificar catiónicamente la sílice precipitada comprende modificar la sílice precipitada con al menos una resina catiónica en condiciones ácidas.
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