Equilíbrio líquido-líquido de sistemas de duas fases aquosas (SDFA) formados por polímero (PEG ou PVP) e sal inorgânico (CuSO4 ou MnSO4) : determinação experimental e modelagem termodinâmica

Abstract

Resumo: Os sistemas de duas fases aquosas (SDFA) sao uma alternativa aos sistemas de extracao liquido-liquido convencionais. Estes sao formados atraves da adicao de solucoes aquosas de dois polimeros soluveis em agua, ou um polimero soluvel em agua e um componente de baixa massa molar, tal como sais inorganicos. Para aplicacoes industriais, sistemas formados por polimero, sal e agua sao de maior preferencia, uma vez, que apresentam baixa viscosidade, menor custo e menor tempo de separacao de fase. O conhecimento do comportamento termodinamico destes sistemas e de fundamental importancia para o projeto de unidades de extracao. Este trabalho teve como objetivo levantar dados experimentais e realizar a modelagem termodinamica do equilibrio liquido-liquido (ELL) dos sistemas de duas fases aquosas (SDFA) de PEG 2.000 e 6.000 + CuSO4 + H2O, PEG 2.000, 4.000 e 6.000 + MnSO4 + H2O e PVP 10.000 e 40.000 + MnSO4 + H2O em diferentes temperaturas (298,15, 318,15 e 338,15 K) utilizando o metodo de ponto de nevoa. Os dados de equilibrio obtidos para os SDFA demonstraram que o aumento de temperatura e da massa molar do polimero resultam em um aumento da regiao de duas fases dos sistemas, em um aumento da inclinacao e do comprimento das linhas de amarracao. Na analise do efeito de salting-out os sistemas compostos por sulfato de manganes obtiveram os maiores valores de coeficiente de salting-out devido a maior cosmotropicidade do cation Mn2+. A substituicao do polimero PEG pela polivinilpirrolidona (PVP) nos SDFA tambem foi avaliada. Os ajustes dos modelos termodinamicos NRTL e UNIQUAC foram eficazes para os sistemas formados por PEG, para os sistemas composto por PVP somente o UNIQUAC foi eficiente.

Abstract: Aqueous two-phase systems (ATPS) are an alternative to conventional liquidliquid extraction systems. These are formed by the addition of aqueous solutions of two water soluble polymers, or a water soluble polymer and a low molar mass component, such as inorganic salts. For industrial applications, systems formed by polymer + salt + water are more favorite, once, they have low viscosity, lower cost and less time of phase separation. The knowledge of the thermodynamic behavior of these systems is of fundamental importance for the design of extraction units. The objective of this work was to obtain experimental data and thermodynamic modeling the liquid-liquid equilibrium (LLE) of aqueous two-phase systems of PEG 2,000 and 6,000 + CuSO4 + H2O, PEG 2,000, 4,000 and 6,000 + MnSO4 + H2O and PVP 10,000 e 40,000 + MnSO4 + H2O at different temperatures (298.15, 318.15 and 338.15 K) using the cloud point method.The equilibrium data obtained for SDFAs demonstrated that the increase in temperature and molar mass of the polymer results in an increase of the two-phase region of the systems in an increase of the slope and length of the tie-lines. In the analysis of the salting-out effect the systems composed of manganese sulfate obtained the highest values of the salting-out coefficient due, to the higher cosmotropicity of the cation Mn2+.The substitution of PEG polymer by polyvinylpyrrolidone (PVP) in SDFA was also evaluated.The adjustments of the thermodynamic models NRTL and UNIQUAC were effective for the systems formed by PEG, for systems composed of PVP only UNIQUAC was efficient.