ES2958068T3

ES2958068T3 - Agentes secuestrantes, kits para los mismos y métodos de utilización de agentes secuestrantes y kits para los mismos

Info

Publication number: ES2958068T3
Application number: ES18810102T
Authority: ES
Inventors: Michael Carlson; Franck Duong
Original assignee: Carbonet Nanotechnologies Inc
Current assignee: Carbonet Nanotechnologies Inc
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2018-06-01
Publication date: 2024-01-31
Anticipated expiration: 2038-06-01
Also published as: IL270823B2; IL270823B1; CA3065594A1; EP3630684A4; US20230150848A1; EP3630684A1; CA3065594C; BR112019025480A2; PL3630684T3; WO2018218374A1; MX2019014395A; EP4253333A1; US20200087176A1; EP3630684B1; EP3630684C0; US11479485B2; IL270823A; CN110709356A

Abstract

Se proporcionan agentes secuestrantes para secuestrar restos no acuosos de una solución acuosa. Los agentes secuestrantes pueden comprender un detergente; y un polímero operable para estabilizar la formación de una micela de detergente provocando así que el detergente y el polímero se autoensamblen en una nanored tras la exposición a la solución acuosa. También se proporcionan kits para ello y métodos para el uso de los agentes y kits secuestrantes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Agentes secuestrantes, kits para los mismos y métodos de utilización de agentes secuestrantes y kits para los mismos

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere al campo del secuestro de materiales y más particularmente al campo del secuestro de materiales de medios acuosos.

ANTECEDENTES

La descontaminación y gestión de los materiales residuales orgánicos, tales como aguas residuales, estiércol animal, residuos del procesamiento alimentario, líquido de fractura hidráulica, petróleo y gas, y otras aguas residuales de origen industrial, presenta problemas tanto medioambientales como de salud pública. La manipulación y gestión de agua contaminada presenta implicaciones sociales, medioambientales y económicas significativas. Actualmente los lodos de las aguas residuales habitualmente se digieren, incineran, depositan en vertederos, devuelven al mismo medio o se utilizan como fertilizante mediante la aplicación en terrenos agrícolas de los biosólidos.

Se ha conseguido encapsular partículas inorgánicas con polímeros [E. Bourgeat-Lami y E. Duguet: Polymer encapsulation of inorganic particles, en: Functional coatings, S.K. Ghosh (ed.); 2006, Wiley-VCH, Weinheim, capítulo 4, páginas 85 a 152]. En aplicaciones biomédicas, el recubrimiento de las nanopartículas inorgánicas con un polímero o su encapsulación en una matriz de polímero o capa de detergente resulta importante para conseguir propiedades tales como una solubilidad potenciada [R. Ladj et al. Polymer encapsulation of inorganic nanoparticles for biomedical applications; Internat. J. Pharm. 2013 (458) 230-241]. En los campos de la física y la ingeniería, se estudian líquidos magnéticos que comprenden nanopartículas magnéticas recubiertas con un polímero y/o surfactante a fin de estabilizar las partículas en el líquido matriz. Se han publicado diversos métodos sintéticos para la preparación de dichos sistemas [p. ej., J. Sommertune et al. Polymer/Iron oxide nanoparticles composites - a straightforward and scalable synthesis approach; Int. J. Mol. Sci. 20 l5 (16) 19752-19768]. Son documentos relevantes adicionales, US2009/245939 A1 y US 6524485 B1.

DESCRIPCIÓN RESUMIDA

La presente invención se basa, por lo menos en parte, en la elucidación de propiedades de los detergentes y polímeros que los convierten en adecuados para el uso junto con agentes secuestrantes.

La presente invención proporciona nuevos medios para capturar fracciones no acuosas, incluyendo, aunque sin limitación, contaminantes orgánicos y contaminantes no acuosos (CNA) emulsionados del agua, separándolos posteriormente mediante un procedimiento simple de agregación y filtración o electromagnético. La invención elimina, además, contaminantes que están suspendidos, así como los disueltos en agua. En la presente invención se añade directamente un agente clarificador a la solución acuosa, tal como, aunque sin limitación, agua contaminada o un material contaminado. Los contaminantes orgánicos se secuestran y envuelven en partículas de detergente-aceitepolímero que facilitan su posterior separación. Las partículas de aceite y detergente se separan mediante agregación del polímero mediante protonación o quelación catiónica de grupos de ácido maleico u otros grupos funcionales en el polímero. La formulación de dicha combinación de polímero-detergente resulta en la formación de un agregado de tipo gel que es capaz de capturar contaminantes orgánicos en minutos. El agente secuestrante captura diversos contaminantes, incluyendo, aunque sin limitación, hidrocarburos y metales pesados, para una gestión más dirigida de un volumen de residuos menor. El polímero de estireno-ácido maleico (SMA, por sus siglas en inglés) funcionalizado con frecuencia resulta particularmente adecuado para el uso debido al abanico de sustancias que pueden separarse. El polímero también puede regenerarse y reciclarse a partir de los residuos, permitiendo que el agente secuestrante mismo sea medioambientalmente responsable. Además, en realizaciones de la presente invención, pueden separarse compuestos químicos especializados de las mezclas de extracción.

La presente invención proporciona un agente secuestrante para el secuestro de fracciones no acuosas a partir de una solución acuosa que comprende: a) un detergente y b) un polímero que puede utilizarse para estabilizar la formación de una micela de detergente, provocando de esta manera que el detergente y el polímero se autoensamblen formando una red a nanoescala al exponerlos a la solución acuosa, en la que el detergente y el polímero son según la reivindicación 1.

La presente invención proporciona un kit para el secuestro de fracciones no acuosas a partir de una solución acuosa, en el que el kit comprende: a) un detergente, b) un polímero que puede utilizarse para estabilizar la formación de una micela de detergente, provocando de esta manera que el detergente y el polímero se autoensamblen formando una red a nanoescala al exponerlos a la solución acuosa, y c) un agente de precipitación, en el que el detergente, el polímero y el agente de precipitación son según la reivindicación 3.

Algunas realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante indicado en la presente memoria que comprende, además, un agente de precipitación.

Algunas realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante indicado en la presente memoria, en las que el agente de precipitación se selecciona del grupo que consiste en un ácido, un catión divalente y mezclas de los mismos.

Algunas realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante indicado en la presente memoria en el que el agente de precipitación se selecciona del grupo que consiste en ácido acético, ácido málico, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido fumárico y ácido láctico.

Algunas realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o un kit indicado en la presente memoria, en la que el detergente se selecciona del grupo que consiste en un surfactante no iónico, un surfactante aniónico, un surfactante catiónico, un surfactante zwitteriónico y mezclas de los mismos.

La presente invención proporciona un agente secuestrante y/o kit indicado en la presente memoria, en el que el detergente se selecciona del grupo que consiste en O-[4-(1,1,3,3-tetrametilbutil)fenoxi]polietoxietanol que presenta la fórmula química siguiente:

en la que n=9-10 (Triton X-100TM) o n=30 (Triton X-305TM), N-dodecil-beta-D-maltósido (DDM), oleato sódico y mezclas de los mismos.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que el detergente no forma micelas estables en ausencia del polímero.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que el detergente sí forma micelas estables en ausencia del polímero.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que el detergente es un surfactante no iónico.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o tal y como se indica, en el que el polímero es un copolímero en bloque.

La presente invención proporciona un agente secuestrante y/o kit tal y como se describe en el que el polímero se selecciona del grupo que consiste en: estireno-ácido maleico (SMA, por sus siglas en inglés), ácido diisobutilmaleico y mezclas de los mismos.

La presente invención proporciona un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que el polímero presenta un peso molecular comprendido en el intervalo de entre 3000 g/mol y aproximadamente 25000 g/mol.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que el polímero presenta un peso molecular de aproximadamente 22000 g/mol.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit tal y como se describe, en el que el polímero es soluble en agua.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que el polímero es biodegradable.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que la proporción de detergente:polímero se encuentra comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 1:0,5 y aproximadamente 1:1,3.

Algunas realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit indicado en la presente memoria en el que la proporción de detergente:polímero se encuentra comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 1:0,5 y aproximadamente 1:1,0.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que la proporción de detergente:polímero se encuentra comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 1:0,6 y aproximadamente 1:0,8.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que la proporción de detergente:polímero es de aproximadamente 1:0,7.

La presente invención proporciona un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica,en el que el detergente es capaz de formar una micela con un tamaño no inferior a aproximadamente 10 kDa.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporciona un agente secuestrante y/o kit indicado en la presente memoria en el que el detergente es capaz de formar una micela con un tamaño no inferior a aproximadamente 40 kDa.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporciona un agente secuestrante y/o kit tal y como se indica, en el que el detergente es capaz de formar una micela con un tamaño no inferior a aproximadamente 40 kDa y no superior a aproximadamente 300 kDa.

La presente invención proporciona un método de secuestro de una fracción no acuosa a partir de una solución acuosa según la reivindicación 12, en el que el método comprende añadir un agente secuestrante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 a la solución acuosa que comprende la fracción no acuosa, formando de esta manera una solución acuosa tratada seguido de la eliminación de las partículas sólidas de la solución acuosa tratada.

Algunas realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un método indicado en la presente memoria que comprende, además, la mezcla antes de la eliminación de las partículas sólidas.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un método tal y como se indica, en el que la eliminación de partículas sólidas comprende por lo menos un método seleccionado del grupo que consiste en filtración, separación por gravedad, flotación y atracción electromagnética.

Realizaciones ilustrativas de la presente invención proporcionan un método tal y como se indica, en el que la eliminación de partículas sólidas comprende atracción electromagnética y el método comprende, además, añadir fracciones magnéticas a la solución acuosa tratada antes de la eliminación de las partículas sólidas.

Otros aspectos y características de la presente invención resultarán evidentes para el experto ordinario en la materia tras la revisión de la descripción siguiente de realizaciones específicas de la invención junto con las figuras adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Figura 1A:ilustra un esquema del procedimiento de captura de un agente secuestrante.

Figura 1B:ilustra un esquema del procedimiento de liberación de un agente secuestrante.

Figura 1C:ilustra un esquema de la aplicación de la siembra de nanopartículas magnéticas para una deshidratación potenciada de los flóculos resultantes.

Figura 2A:ilustra gráficamente los resultados de la Tabla 3 en el Ejemplo 4.

Figura 2B:ilustra gráficamente los resultados de la Tabla 4 en el Ejemplo 4.

Figura 2C:ilustra gráficamente los resultados de la Tabla 5 en el Ejemplo 4.

Figura 2D:ilustra gráficamente los resultados de la Tabla 6 en el Ejemplo 5.

Figura 3A:ilustra la estructura química de Triton X-100TM.

Figura 3B:ilustra la curva patrón de absorbancia del Triton X-100TM a 280 nm.

Figura 3C:ilustra la curva patrón de absorbancia del Triton X100TM a 280 nm.

Figura 4A:ilustra los resultados de una titulación de DIBMA (al 0,025 %, al 0,05 % y al 0,1 %) con el Triton X-100TM al 0,1 % del Ejemplo 7.

Figura 4B:ilustra gráficamente los resultados de la Tabla 7 en el Ejemplo 7.

Figura 4C:ilustra la estructura química de las unidades funcionales repetidas de DIBMA.

Figura 5A:ilustra el cromatograma de la elución del polímero SMA 2021TM tal como se indica en el Ejemplo 10, junto con una ilustración del polímero.

Figura 5B:ilustra el cromatograma de la elución del detergente Tritón X-100TM tal como se indica en el Ejemplo 10, junto con una ilustración del detergente.

Figura 5C:ilustra el cromatograma de la elución de la nanorred que comprende el polímero SMA 2021TM y el detergente Triton X-100TM tal como se indica en el Ejemplo 10, junto con una ilustración de la nanorred.

Figura 6A:ilustra el cromatograma de la elución del polímero SMA 2021TM tal como se indica en el Ejemplo 11, junto con una ilustración del polímero.

Figura 6B:ilustra el cromatograma de la elución del detergente oleato sódico tal como se indica en el Ejemplo 11, junto con una ilustración del detergente.

Figura 6C:ilustra el cromatograma de la elución de la nanorred que comprende polímero SMA 2021TM y el detergente oleato sódico tal como se indica en el Ejemplo 11, junto con una ilustración de la nanorred.

Figura 7A:ilustra los resultados de la cromatografía de exclusión por tamaños de formulación de nanorred 1:1 (p/p) mediante la utilización del polímero (SMA 2000TM) y detergentes que forman micelas <20 kDa. Formulaciones de nanorred comparativas con octil-p-glucósido, colato sódico y laurildimetilamina.

Figura 7B:ilustra los resultados del mismo experimento indicado anteriormente para la fig. 7A, con la excepción que se repite e incluye una nanorred adicional preparada utilizando dodecilmaltósido (DDM) como el detergente (identificado con una flecha).

Figura 7C:ilustra los resultados de formación de flóculos precipitados con ácido con mezclas de detergente polímero (SMA 2000 TM), cada una de las cuales presenta micelas de diferente tamaño (0,8 kDa, 4 kDa, 8 kDa, 17 kDa y 90 kDa).

Figura 7D:ilustra gráficamente la relación entre la aglomeración de flóculos (estimulada por centrifugación suave) de 8 mezclas de polímero diferentes (SMA 2000TM : sin detergente (es decir, solo SMA 2000TM), colato sódico (colato), desoxicolato sódico (DOC), octil-beta-glucósido (Beta-OG), n-óxido de laurildimetilamina (LDAO), etoxilato de octilfenol (TX-305), n-dodecil-beta-D-maltósido (DDM) y oleato sódico (Oleato). Los círculos en el gráfico se refieren al tamaño de micela de partida y los cuadrados en el gráfico se refieren a la turbidez relativa. Obsérvese que el círculo y el cuadrado del polímero+TX-305 se encuentran aproximadamente en el mismo sitio y superpuestos.

Figura 8A:ilustra los resultados de una gráfica de cromatografía de exclusión por tamaño de Triton X-305TM solo.Figura 8B:ilustra los resultados de una gráfica de cromatografía de exclusión por tamaño de formulación de nanorred con Triton X-305TM en una proporción 1:1,4 (p/p) de polímero a detergente. El cuadro insertado ilustra la precipitación que resulta en la coagulación y captura de n-decano al 2 %.

Figura 8C:ilustra una gráfica de cromatografía de exclusión por tamaño de formulación de nanorred con Triton X-305<tm>en una proporción 1:0,7 (p/p) de polímero a detergente. El cuadro insertado ilustra la precipitación que resulta en la coagulación y captura de n-decano al 2 %.

Figura 8D:ilustra una gráfica de exclusión por tamaño de polímero solo. El cuadro insertado ilustra la precipitación en presencia de n-decano al 2 %.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La presente invención proporciona agentes secuestrantes para el secuestro de fracciones no acuosas a partir de una solución acuosa. Los agentes secuestrantes según la presente invención comprenden un detergente y un polímero según la reivindicación 1. El polímero es operable para estabilizar la formación de una micela de detergente, provocando de esta manera que el detergente y el polímero se autoensamblen en una nanorred tras la exposición a la solución acuosa.

Tal como se utiliza en la presente memoria, la expresión “solución acuosa” se refiere a un medio líquido en el que el agua es el componente principal. Entre los ejemplos de soluciones acuosas se incluyen, aunque sin limitarse a ellas, agua residual, material acuoso recuperado de un proceso (tal como aguas residuales, estiércol o residuos del procesamiento alimentario), aguas residuales de la industria del gas y el petróleo, líquidos agotados de fractura hidráulica, efluentes industriales, aguas freáticas y similares.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el término “fracción” se refiere a una parte o porción de un todo, en el que la parte o porción es divisible y distinta de otras partes del todo. Tal como se utiliza en la presente memoria, una “fracción” puede ser una molécula química entera o puede ser una parte de una molécula química. Por ejemplo, en una solución acuosa de cloruro sódico, el todo sería la solución y las fracciones serían agua, ion sodio, cloruro y cloruro sódico, y cada uno de agua, ion sodio, cloruro y cloruro sódico son fracciones individuales por sí mismas. Tal como se utiliza en la presente memoria, la expresión “no acuosa” referida a una fracción es una fracción que no es una molécula de agua. Una fracción “no acuosa” puede suspenderse, disolverse y/o encontrarse presente de otro modo en un medio acuoso. Las fracciones no acuosas pueden ser sustancias físicas, químicas, biológicas y/o radiológicas. Entre los ejemplos de fracciones “no acuosas” se incluyen, aunque sin limitarse a ellas, fracciones orgánicas, fracciones no acuosas emulsionadas, hidrocarburos, metales pesados, aceite, sólidos disueltos, sólidos en suspensión, iones y metales pesados.

Tal como se utiliza en la presente memoria, la expresión “agente secuestrante” se refiere a un agente que es capaz de aislar una fracción no acuosa a partir de un medio acuoso en el que se encuentra la fracción no acuosa. La fracción no acuosa puede ser un contaminante o más de un contaminante que se desea aislar con el fin de descontaminar la solución acuosa y/o puede ser una fracción valiosa que se desea aislar con el fin de obtener y/o purificar la fracción no acuosa. En algunas realizaciones de la presente invención, el agente secuestrante es una nanorred. En algunas realizaciones, el agente secuestrante es una mezcla de fracciones que son capaces de formar una nanorred al exponerlas a un medio acuoso. En algunos casos, la expresión “agente secuestrante” puede referirse a un “agente clarificador” y, con frecuencia, las expresiones “agente secuestrante” y “agente clarificador” pueden utilizarse intercambiablemente.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el término “micela” se refiere a un agregado de moléculas en una solución coloidal.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el término “nanorred” se refiere a una estructura en la que una micela, la cual se forma con un detergente, interactúa con un polímero y la nanorred se autoensambla en un medio acuoso. El autoensamblaje de la nanorred con frecuencia ocurre mediante inicio de la interacción entre el polímero y la micela. Con frecuencia, la interacción entre el polímero y la micela resulta en la estabilización de la micela, causando de esta manera que la micela sea más resistente a romperse. En algunas realizaciones, el polímero se envuelve en torno a la superficie externa de la micela. El polímero puede envolverse en torno a la totalidad de la superficie externa, a la mayoría de la superficie externa o una parte de la superficie externa de la micela.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el término “detergente” se refiere a un surfactante o a una mezcla de surfactantes. Con frecuencia, el detergente presenta propiedades limpiadoras, de manera que el surfactante se combina con una fracción no acuosa, incrementando de esta manera la solubilidad de la fracción no acuosa. Además, el término “detergentes”, tal como se utiliza en la presente memoria, se refiere a surfactantes que son capaces de formar micelas. Algunas de dichas micelas pueden ser micelas estables por sí mismas, y otras pueden no ser estables a menos que se encuentre presente un material secundario que estabiliza la micela. Para estas micelas que no son estables a menos que se encuentre presente un material secundario, habitualmente se añaden a una concentración igual o superior a su concentración micelar crítica (CMC) y después de añadir el polímero a las micelas, formando de esta manera una nanorred. Una vez se han formado las nanorredes, si se produce la dilución del detergente, reduciendo de esta manera la concentración del detergente hasta un nivel inferior a su CMC, las micelas en las nanorredes se mantienen estables a pesar de que el detergente se encuentra a una concentración inferior a la CMC.

Los agentes secuestrantes de la presente invención comprenden un polímero según la reivindicación 1. Los polímeros para la utilización en agentes secuestrantes de la presente invención se encuentran disponibles comercialmente. Con frecuencia, el polímero es soluble en agua. Con frecuencia, el polímero es biodegradable. El polímero presenta n peso molecular comprendido en el intervalo de entre aproximadamente 3000 g/mol y aproximadamente 25000 g/mol. El polímero con frecuencia presenta un peso molecular de aproximadamente 22 kDa. El polímero también puede ser una mezcla de polímeros adecuados según la reivindicación 1. El polímero con frecuencia es un copolímero en bloque. La expresión “copolímero en bloque” se utiliza en la presente memoria para referirse a un copolímero que presenta dos o más subunidades de homopolímero, tales como el copolímero de diisobutileno-ácido maleico (DIBMA, por sus siglas en inglés). Con frecuencia, el polímero es anfipático, al presentar una parte hidrofílica y una parte hidrofóbica. Con frecuencia, el copolímero en bloque está constituido de una subunidad hidrofóbica y una subunidad hidrofílica. En algunas realizaciones, la proporción de subunidades hidrofóbicas a hidrofílicas es de 1:1, 2:1, 3:1 o superior y puede ser cualquier proporción entre 1:1 y 3:1. En algunas realizaciones, el polímero es un polímero de estireno-ácido maleico (SMA) o un polímero SMA activado. Un polímero SMA es un polímero sintético construido a partir de monómeros de estireno y anhídrido maleico. Un polímero SMA activado es un polímero SMA en el que el estireno-anhídrido maleico se hidroliza para formar ácido maleico. Con frecuencia, el polímero es SMA 2021 TM. Con frecuencia, el polímero es SMA 2000 TM.

Los agentes secuestrantes de la presente invención comprenden un detergente según la reivindicación 1. El detergente es capaz de formar una micela que presenta un tamaño no inferior a aproximadamente 10 kDa. En algunas realizaciones, el detergente es capaz de formar una micela que presenta un tamaño no inferior a aproximadamente 40 kDa. En algunas realizaciones, el detergente es capaz de formar una micela que presenta un tamaño no inferior a aproximadamente 40 kDa y no superior a aproximadamente 300 kDa. En algunas realizaciones, el detergente es capaz de formar una micela que presenta un tamaño comprendido en el intervalo de entre aproximadamente 10 kDa y aproximadamente 3000 kDa. En algunas realizaciones, el detergente no forma micelas estables en ausencia y/o en presencia del polímero. En algunas realizaciones, el detergente no forma micelas estables en ausencia del polímero.

En algunas realizaciones, el detergente solo forma micelas estables en presencia del polímero. En algunas realizaciones, el detergente no forma micelas estables en ausencia del polímero.

Los detergentes adecuados para la utilización en la presente invención presentan una concentración micelar crítica. La concentración micelar crítica (CMC) se refiere a una concentración de detergente en una solución acuosa por encima de la cual se formarán micelas y también se formarán moléculas adicionales de detergente y/o se volverán parte de una micela. Algunas fracciones no acuosas observadas en soluciones acuosas son capaces de alterar, perturbar, desestabilizar y/o generalmente interferir con la formación de micelas. La adición del polímero es capaz de estabilizar la formación de micelas a concentraciones inferiores a la CMC y/o es capaz de contrarrestar la interferencia de la fracción no acuosa. Para que un detergente resulte adecuado para la utilización en la presente invención, debe utilizarse la CMC del detergente en la presencia del polímero durante la formación de la nanorred.

En algunas realizaciones, el detergente puede ser un surfactante no iónico, un surfactante aniónico, un surfactante catiónico, un surfactante zwitteriónico y/o una mezcla de los mismos. El detergente es O-[4-(1,1,3,3-tetrametilbutil)fenoxi]polietoxietanol, que presenta la fórmula química siguiente:

en la que n=9-10 (Triton X-100TM) o n=30 (Triton X-305TM), N-dodecil-beta-D-maltósido (DDM), oleato sódico y/o mezclas de los mismos.

Los agentes secuestrantes de la presente invención comprenden una proporción de detergente:polímero. Tal como se utilizan en la presente memoria, dichas proporciones de detergente:polímero se expresan en términos de una proporción “p/p”. Es decir, en el caso de que la proporción sea 1:1, se utiliza el mismo peso de cada uno (p. ej., 1 g de detergente y 1 g de polímero). Además, en el caso de que la proporción sea de 2:1, entonces se utiliza el doble en peso de detergente que de polímero (p. ej., 4 g de detergente y 2 g de polímero). En algunas realizaciones de la presente invención, la proporción de detergente:polímero se encuentra comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 1:0,5 y aproximadamente 1:1,3. En algunas realizaciones de la presente invención, la proporción de detergente:polímero se encuentra comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 1:0,075 y aproximadamente 1:1,5. Con frecuencia, la proporción se encuentra comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 1:0,5 y aproximadamente 1:1,0. En algunas realizaciones de la presente invención, la proporción de detergente:polímero se encuentra comprendida en un intervalo de entre aproximadamente 1:0,6 y aproximadamente 1:0,8. En algunas realizaciones de la presente invención, la proporción de detergente:polímero es de aproximadamente 1:0,7. En algunas realizaciones de la presente invención, la proporción de detergente:polímero es de aproximadamente 1:0,75.

En algunas realizaciones de la presente invención, el agente secuestrante comprende un detergente, un polímero y un agente de precipitación. El agente de precipitación puede utilizarse para estimular y/o inducir la agregación de los agentes secuestrantes. Dicha agregación facilita la eliminación de los agentes secuestrantes respecto de la solución acuosa. En algunas realizaciones, el agente de precipitación estimula y/o induce la floculación de los agentes secuestrantes. Con frecuencia, el agente de precipitación es un ácido, un catión divalente y/o mezclas de los mismos. Con frecuencia, el agente de precipitación es ácido acético, ácido málico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido fumárico, ácido láctico y/o mezclas de los mismos. En algunas realizaciones, el agente de precipitación es una fracción magnética, que estimula la agregación al exponer una solución acuosa tratada con un agente secuestrante de la presente invención a una fuerza magnética. Con frecuencia, la fracción magnética es una fracción que permite el secuestro con el agente secuestrante. En algunas realizaciones, el agente de precipitación es una fracción no acuosa que está presente en la solución acuosa y que permite el secuestro por el agente secuestrante.

El polímero puede agregarse mediante quelación protónica o catiónica de grupos de ácido maleico u otros grupos funcionales en el polímero. En el caso de que el polímero estabilice micelas del detergente, dicha agregación resulta en la formación de un agregado similar a un gel que secuestra las fracciones no acuosas en la solución acuosa. Con frecuencia, lo anterior ocurre minutos después de la protonación o quelación catiónica. La mezcla de los agentes secuestrantes de la presente invención en la solución acuosa puede estimular una agregación más rápida y más completa. A continuación, pueden separarse los agregados similares a un gel mediante diversos métodos conocidos del a técnica de separación de sólidos respecto de líquidos, incluyendo la filtración, la separación por gravedad, la flotación o procedimientos electromagnéticos. Una vez separado de la solución acuosa, el polímero con frecuencia puede regenerarse y reutilizarse.

Además, la presente invención proporciona un kit. Los kits de la presente invención proporcionan los componentes para el secuestro de fracciones no acuosas a partir de una solución acuosa. El kit comprende un detergente, un polímero y un agente de precipitación según la reivindicación 3. El detergente, el polímero y el agente de precipitación adecuados para la utilización en kits de la presente invención son iguales a los indicados en la presente memoria para la utilización en agentes secuestrantes. En kits de la presente invención también pueden proporcionarse instrucciones de utilización de los componentes presentes en el kit. Los kits de la presente invención pueden comprender los componentes de uno o más de los agentes secuestrantes indicados en la presente memoria y pueden comprender, además, instrucciones de utilización de dichos componentes.

Entre los ejemplos de soluciones acuosas que resultan adecuadas para ser tratadas mediante la utilización de agentes secuestrantes de la presente invención se incluyen, aunque sin limitarse a ellos, aguas residuales, material acuoso recuperado de un proceso (tal como lodos de aguas residuales, estiércol y residuos de procesamiento alimentario), aguas residuales de la industria del gas y el petróleo, líquidos agotados de fractura hidráulica, efluentes industriales, aguas freáticas y similares. Con frecuencia, se agrega hasta 60 % de los contaminantes, o hasta 70 % de los contaminantes, o hasta 80 % de los contaminantes, o hasta 90 % de los contaminantes, o hasta 95 % de los contaminantes o se agregan más de 99 % de los contaminantes. La utilización de agentes secuestrantes de la presente invención puede resultar en una solución acuosa que presenta, tras el tratamiento, un contenido de sólidos en suspensión comprendido en el intervalo de entre aproximadamente 0,05 % y aproximadamente 5 %; o de entre aproximadamente 0,05 % y aproximadamente 10 %, o de entre aproximadamente 0,05 % y 30 %. Aunque el pH inicial de la solución acuosa que debe tratarse puede ser cualquier pH, con frecuencia resulta preferente que presente un pH comprendido en el intervalo de entre aproximadamente 2 y aproximadamente 11, o más preferentemente de entre aproximadamente 3 y aproximadamente 11, o lo más preferentemente de entre aproximadamente 4 y aproximadamente 11. Además, aunque la concentración de metales alcalinotérreos que deben tratarse puede ser cualquier concentración, con frecuencia resulta preferente que la concentración sea inferior a aproximadamente 20 mM, o inferior a aproximadamente 15 mM o inferior a aproximadamente 10 mM.

La presente invención proporciona, además, un método de secuestro de una fracción no acuosa a partir de una solución acuosa según la reivindicación 12. El método comprende añadir un agente secuestrante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 a una solución acuosa que comprende una fracción no acuosa, formando de esta manera una solución acuosa tratada. Una vez se forma la solución acuosa tratada, puede llevarse a cabo la eliminación de las partículas sólidas de la solución acuosa tratada. La eliminación de las partículas sólidas puede realizarse para obtener una solución acuosa más limpia o puede realizarse para obtener las partículas sólidas, o puede obtenerse tanto para obtener una solución más limpia como para obtener las partículas sólidas. En dichos métodos, en ocasiones resulta beneficioso mezclar y/o someter a agitación la solución acuosa tratada antes de eliminar las partículas sólidas. Dicha mezcla puede estimular y/o mejorar el secuestro de las fracciónes no acuosas y/o puede estimular y/o mejorar la agregación.

En métodos de la presente invención, la eliminación de las partículas sólidas puede conseguirse mediante una o más de entre filtración, separación por gravedad, flotación y/o atracción electromagnética. En realizaciones de métodos que incluyen la atracción electromagnética, es opcional añadir una fracción magnética, tal como partículas y/o nanopartículas de óxido de hierro, previamente a la eliminación de las partículas sólidas. La adición de la fracción magnética puede ser anterior o posterior a la adición del detergente y/o el polímero y/o el agente de precipitación y/o la mezcla. La fracción magnética puede secuestrarse con el agente secuestrante y al aplicar una fuerza magnética, la fracción magnética, secuestrada por el agente secuestrante, puede resultar atraída a la fuerza magnética o puede resultar repelida por la misma, estimulando de esta manera la concentración del agente secuestrante, lo que puede facilitar la eliminación de las partículas sólidas.

Se proporciona un método para la descontaminación de agua. El método puede comprender la adición de detergente al agua contaminada, la adición de un polímero, la adición de uno o más agentes de precipitación, con el fin de agregar los contaminantes en agregados similares a un gel, y la separación mediante filtración de los sólidos resultantes a partir del líquido.

Se proporciona un método para la descontaminación de agua. El método puede comprender la adición de un detergente al agua contaminada, la adición de nanopartículas de óxido de hierro recubiertas en polímero al agua contaminada, la adición de un agente de precipitación, la mezcla para agregar los contaminantes en unas partículas similares a un gel y la eliminación de los sólidos residuales con una fuerza magnética.

El método puede comprender, además, la recuperación del polímero después de la eliminación de las partículas sólidas. El método puede comprende la neutralización de los productos residuales con una base, la disolución del polímero y la filtración de los productos residuales y/o la utilización de una extracción en 2 fases, aceite/agua, para capturar el polímero disuelto en la solución acuosa.

Se proporciona un método para recuperar productos químicos de alto valor. El método puede comprender la adición de un detergente a la mezcla de extracción, la adición de polímero, la adición de un agente de precipitación para capturar los compuestos químicos de alto valor, la mezcla para agregar los productos químicos de alto valor con el fin de formar unas partículas similares a un gel y la eliminación de las partículas similares a un gel.

Ejemplos

Los ejemplos a continuación son ilustrativos de algunas de las realizaciones de la invención descritas en la presente memoria. Estos ejemplos no son limitativos del alcance de la invención en modo alguno.

EJEMPLO 1

Preparación de polímero hidrolizado. Se mezclaron 3 g de SMA 2021TM en 30 ml de KOH 1 M y se sometieron a reflujo a 85°C durante 3 horas. Se eliminó el polímero de la solución de KOH mediante precipitación mediante la adición de HCl 6 M bajo agitación vigorosa. El polímero precipitado se lavó 3X con HCl 50 mM antes de la resuspensión en dH<2>O y se ajustó el pH a 8 para facilitar la disolución.

EJEMPLO 2

La formulación de agente clarificador (SMA 2021TM al 0,15%, Tx-100 al 1 %) se añadió a 1 ml de agua dulce contaminada y se mezcló mediante agitación con vórtex durante 10 segundos. Se utilizó la adición de HCl 30 mM para estimular la precipitación, seguido de la mezcla mediante inversión del tubo (3X).

A continuación, el agregado se dejó durante 5 minutos para formar una matriz de gel.

EJEMPLO 3

El agente clarificador indicado es una mezcla de SMA y detergente en una proporción de entre 1:1 y 1,4:1. Para encontrar dicha proporción, se tituló Triton X-100TM frente a una concentración constante de SMA (Tabla 1). Se formó un agregado de gel que capturó todo el aceite en el caso de que ambos se encontrasen presentes, SMA y Triton X-100TM, a una concentración de 0,05 % (p/v y v/v, respectivamente). La densidad de Triton X-100TM era de 1,07 g/l, por lo que esto es efectivamente una proporción 1:1,07 p/p. Si se supera dicha proporción, el exceso de Triton X-100TM empieza a romper el agregado de gel y queda aceite en la solución. Se repitió el experimento inverso con una titulación de SMA y nuevamente se encontró que la proporción óptima para completar la captura del aceite y el SMA era de 1:1,07 (p/p) (Tabla 2). Aunque se encontró que la proporción óptima era de aproximadamente 1:1 (p/p) en este experimento, resultó difícil eliminar el contenido de s Ma en el tubo pequeño, por la pequeña abertura de entrada. De esta manera, se redujo la proporción de SMA a Triton X-100TM a 0,7:1 para futuros experimentos sin reducción de la eficiencia de captura de aceite. En experimentos anteriores también se ha utilizado una proporción de 1,4:1 (SMA:Triton X-100TM). De esta manera, el intervalo óptimo de proporciones puede considerarse que es de entre 0,07:1 y 1,4:1 de SMA:Triton X-100TM (p/p).

Tabla 1: efecto de diferentes concentraciones de detergente sobre la coagulación relativa del aceite emulsionado. Efecto del Triton X-100TM sobre la captura de aceite con el agente clarificador indicado. Se incluyeron concentraciones crecientes de Triton X-100TM antes de iniciar la precipitación con HCl 30 mM. Los valores informados son los resultados de dicha precipitación tras 5 minutos.

Tabla 2: efecto de diferentes concentraciones de polímero sobre la coagulación relativa del aceite emulsionado. Efecto de SMA sobre la captura de aceite con el agente clarificador indicado. Se incluyeron concentraciones crecientes de SMA antes de iniciar la precipitación con HCl 30 mM. Los valores informados son los resultados de dicha precipitación tras 5 minutos.

EJEMPLO 4

El ácido estireno-maleico (SMA) contiene grupos de ácido maleico repetidos, lo que provoca que sea sensible a la precipitación con ácidos o cationes divalentes. Dos cationes divalentes habituales en las aguas freáticas son Mg2+ y Ca2+. Las titulaciones del polímero en tampón A que contiene los cationes respectivos encontraron que ocurría una precipitación de 100 % del polímero en Ca2+ 5 mM y Mg2+ 50 mM (Tabla 3 y fig. 2A). Se llevó a cabo una titulación adicional con Mn2+, que mostró una precipitación de 100 % a concentraciones >10 mM. Este resultado muestra que los cationes divalentes mostrarán concentraciones variables de precipitación del polímero. Sin embargo, el agente clarificador todavía resultó eficaz en la eliminación del aceite de una solución que contenía concentraciones de los cationes Mg2+ y Ca2+ de hasta 10 mM, recuperando aproximadamente 75 % del aceite a pesar de la precipitación antes de la adición de ácido (Tabla 4 y fig. 2B). Sin embargo, a medida que se incrementan las concentraciones de cationes divalentes, se produce una clara reducción de la recuperación de aceite, lo que sugiere que a concentraciones de catión divalente superiores a 10 mM, el agente clarificador no funcionará como se requiere.

Tabla 3: efecto de los cationes divalentes sobre la precipitación de polímero (%). El catión divalente mediaba en la precipitación de SMA en el agente clarificador indicado. Se añadió agente clarificador (SMA al 0,075 %, Triton X-100TM al 0,1%) a tampón A (Tris 50 mM, pH 7,9; NaCl 50 mM) complementado con la concentración indicada de catión divalente. La solución se mezcló mediante agitación con vórtex para garantizar que se rompían los agregados grandes; a continuación, se midió la turbidez a 600 nm.

Tabla 4:efecto de los cationes divalentes sobre la eficiencia de recuperación de aceite (%) por el agente clarificador. Eficiencia de recuperación del aceite del N-decano al 2 % en tampón A complementado con el catión divalente indicado.

Debido a la diversidad de concentraciones salinas de las diferentes muestras objetivo de agua, el agente clarificador se sometió a ensayo con NaCl 50 mM, 250 mM y 500 mM. No se produjo ningún efecto significativo sobre la eficiencia de recuperación del aceite d las concentraciones crecientes de NaCl (Tabla 5). De manera similar, no se produjo ningún cambio significativo en la eficiencia de recuperación con la temperatura (Tabla 5 y fig. 2C). Sin embargo, se produjo un claro cambio en la naturaleza del agregado formado a 1°C. A esta temperatura, en lugar de un solo agregado similar a un gel, el agente clarificador produjo muchos agregados más pequeños que se agrupaban en la interfase aire-agua (datos no mostrados). Sin embargo, es importante indicar que el agente clarificador todavía captura el aceite (Tabla 5). Lo anterior contraste con la precipitación de SMA sin detergente, que también genera pequeños agregados pero no captura el aceite ni se concentra en la superficie del agua (Tabla 1). Además, a temperaturas más bajas, el efecto de concentración era más completo: todo el precipitado disponible se elevó hasta la superficie de la solución, mientras que a temperaturas más alta algo de precipitados de SMA-Triton™ libres se mantuvo en suspensión dentro de la solución y no entró en el agregado de gel. La formación del agregado de gel se produjo a una velocidad mucho mayor a temperaturas más altas: no se formó efectivamente ningún agregado tras 15 min de incubación sobre hielo mientras que a 34°C solo requirió 30 segundos (Tabla 5).

Tabla 5:efecto del NaCl y la temperatura sobre la eficiencia de recuperación de aceite (%) por un agente clarificador. Eficiencia de recuperación de aceite del N-decano al 2 % con agente clarificador respecto a concentraciones crecientes de sal monovalente. El experimento se repitió tres veces a cada una de las temperaturas 1°C, 21°C y 34°C. El agregado de aceite/gel precipitado se separó físicamente de la superficie de la solución con una espátula. A 1°C el aceite resultó capturado eficazmente, pero se descompuso el agregado de gel al retirarlo con una espátula. En consecuencia, el precipitado se retiró de la superficie con una pipeta en todos los experimentos realizados a 1°C.

EJEMPLO 5

El n-dodecil-p-D-maltósido (DDM) presenta una similar concentración micelar crítica (0,01 %) y tamaño micelar (70 kDa) a la del Triton X-100™ (0,02 % y ~90 kDa, respectivamente). Curiosamente, el DDM también es capaz de actuar en el agente clarificador para formar agregados de gel precipitados. Ello permite obtener una eficiencia de extracción ligeramente más elevada a las tres temperaturas sometidas a ensayo (Tabla 6 y fig. 2D).

Tabla6: efecto de la sustitución del detergente sobre la eficiencia de recuperación de aceite (%) por el agente clarificador a diferentes temperaturas. Comparación de la efectividad del agente clarificador con un detergente alternativo. Se eliminó el aceite de soluciones que contenían tampón A a 1°C, 21°C y 34°C utilizando un agente clarificador que contenía DDM (0,2 %) o Triton X-100TM (0,1 %).

EJEMPLO 6

Síntesis de nanopartículas recubiertas con óxido de hierro-SMA. Se preparó una solución de FeCh 1,3 M y Fe<2>SO<4>0,65 M en HCl 0,4 M. Todas las soluciones, a menos que se indique lo contrario, se desgasificaron mediante burbujeo con N<2>durante 30 min. Se filtró el óxido de hierro no disuelto con papel de filtro Whatman™. A continuación, se centrifugaron 20 ml de la solución filtrada, durante 10 min a 3K para precipitar adicionalmente las partículas pequeñas de hierro agregado o no disuelto. Se extrajeron 10 ml del sobrenadante y se añadieron gota a gota a NaOH 0,9 M (desgasificado) bajo agitación vigorosa durante el curso de 20 a 30 min. Tras la adición completa de la solución, se dejó bajo agitación el precipitado negro durante 30 min adicionales. Se decantaron las partículas de hierro, se introdujeron en viales y se utilizó un imán para concentrar las partículas magnéticas producidas. Se lavaron las partículas 3 veces con agua desgasificada mediante centrifugación de las partículas (3K, 10 min). Se extrajo el pellet y después se resuspendió en HCl 0,01 M (50 ml). Esta operación debería formar pequeñas nanopartículas, por lo que algunas de las partículas no precipitarán con la centrifugación en este punto. Se centrifugó la solución y se resuspendió el pellet en 500 μl de HCl 0,01 M. Esta solución se añadió gota a gota a SMA al 0,3 % (50 ml), pH 9 a 90°C (desgasificada). Se burbujeó la solución durante 30 min a 30°C para garantizar la formación de partículas. Se retiró de la fuente de calor y se aislaron las partículas mediante centrifugación (3K, 10 min). Se lavaron las partículas 2 veces con agua MQ y después se introdujeron nuevamente en agua MQ (20 ml). Se analizó el tamaño de las partículas mediante dispersión dinámica de la luz. Ello debería proporcionar una solución con un índice de polidispersidad (PDI, por sus siglas en inglés) reducido (aproximadamente 0,3) y un tamaño de partícula medio de 0,4 nm. Tras la filtración por un filtro de 0,2 μm (PVDF), el PDl mejoró a 0,15, con un tamaño de partícula medio de 140 nm. Se confirmó que las partículas todavía resultaban afectadas por el campo magnético. En el caso de que todavía hubiese SMA presente, las partículas deberían mostrar una respuesta más rápida a un campo magnético en presencia de ácido, ya que las partículas se agregan en la solución ácida debido a la precipitación del SMA.

EJEMPLO 7

El ácido diisobutilmaleico es otro copolímero en bloque aniónico que resulta más fácil de degradar que el SMA debido a su falta de grupos aromáticos.

La titulación de DIBMA (al 0,025 %, 0,05 % y 0,1 %) con Triton X-100TM al 0,1 % resulta en la encapsulación total del aceite a una concentración 1:1. Se muestran estos resultados en la fig. 4A.

La sustitución de SMA por DIBMA en el agente clarificador comporta una eficiencia de recuperación del aceite similar (Tabla 7), lo que indica que otros copolímeros en bloque que contienen un grupo funcional hidrofóbico además del ácido maleico pueden estar actuando en el agente clarificador.

Tabla 7:efecto de la sustitución del polímero sobre la eficiencia de recuperación de aceite (%) por el agente clarificador a temperatura ambiente (21°C). El ácido diisobutilén-co-maleico (DIBMA) puede sustituirse por SMA para coagular y agregar rápidamente el aceite emulsionado. Recuperación de aceite a partir de una mezcla de aceite-agua al 0,5 % mediante la utilización de una formulación 1:1 de polímero a detergente. El aceite coagulado se retiró de la superficie del agua retirando el polímero coagulado.

EJEMPLO 8

Con el fin de garantizar que tanto el detergente como el polímero resultaban atrapados en los flóculos, se midió la absorbancia de la solución clarificada y del flóculo precipitado. Por consiguiente, se encontró que 98 % del agente clarificador (polímero y detergente) resultaba retenido en el pellet, mientras que solo quedaba en solución el 1,9 % (Tabla 8).

Tabla 8:encapsulación de detergente y SMA en flóculos coagulados. Los aditivos de agente clarificador resultan totalmente desestabilizados al añadir ácido. Tanto Tx-100 como SMA absorben a 280 nm. La cuantificación del agente clarificador (Tx-100 al 0,05 % y SMA al 0,05 %) antes y después de la agregación inducida por ácido se expresó como porcentaje del valor inicial de absorbancia. Se separaron los flóculos coagulados mediante centrifugación, se disolvieron en un volumen equivalente de base y se midió nuevamente la absorbancia para confirmar la captura del Tx-100. Se presenta la desviación estándar de tres experimentos independientes.

EJEMPLO 9

Acción del agente clarificador sobre la captura de una mezcla de N-decano y materiales finos. La adición de agente clarificador a los finos en suspensión y la precipitación conducen a la rápida clarificación de la solución. Debido a que los finos son resistentes a la sedimentación, la coagulación incrementa su peso efectivo y puede conducir a una mejor clarificación mediante simple sedimentación de la solución (Tabla 9). Se observó que la práctica totalidad de los finos se había sedimentado tras la adición de agente clarificador; de esta manera, la mayoría de la turbidez medida se debía al polímero coagulado que no se había incorporado en los finos sedimentados. Sin embargo, la adición de una etapa de filtración es capaz de eliminar eficazmente todos los finos, así como los flóculos en flotación libre, de la solución tras la coagulación (Tabla 9). Además, la adición de nanopartículas magnéticas recubiertas con SMA, seguido de la adición del agente clarificador, también permiten una clarificación más eficiente del agua mediante aplicación de un campo magnético (Tabla 9). Sin el agente clarificador, las nanopartículas magnéticas tienen un efecto pequeño o nulo y los finos son excesivamente pequeños para separarlos eficazmente mediante filtración (Tabla 9).

Tabla 9:efecto del tratamiento con agente clarificador en combinación con métodos de eliminación para la clarificación de los materiales finos en suspensión. Se informa la contaminación del agua en forma de turbidez relativa (absorbancia medida a 550 nm). El agua purificada mediante ósmosis inversa presenta una turbidez relativa de 0. La siembra con nanoimanes consiste en la adición de nanopartículas magnéticas recubiertas con SMA y la aplicación de un campo magnético para acelerar la sedimentación y clarificación de la solución. Captura de materiales finos en suspensión. La configuración experimental para conseguir agua contaminada fue el siguiente: se contaminaron 5 gramos de suelo prehumectado con 200 microlitros de N-decano. Se trató el suelo mediante lavado con solución al 0,1 % de Triton X-100TM. El eluido conseguido se trató con el agente clarificador para clarificar el agua y eliminar el aceite emulsionado y los finos de suelo en suspensión para su gestión. El eluido de los lavados de suelo se diluyó dos veces en agua MQ y SMA al 0,05 % antes de la adición de ácido. Los valores informados son mediciones de turbidez de sobrenadantes tras los tratamientos seleccionados en eluido de lavados de suelo. La siembra con nanoimanes, en combinación con un campo magnético, se utilizó para deshidratar flóculos rápidamente, conduciendo a una solución clarificada solo en la presencia de agente clarificador.

EJEMPLO 10

Perfiles de elución de exclusión por tamaño de nanorredes formadas con SMA 2021TM y Triton X-100™.

Se mezcló el detergente no iónico Triton X-100TM con una preparación de polímero SMA (SMA 2021TM) en una proporción másica de 1:1 (0,02 % masa/vol.), provocando el autoensamblaje de las nanorredes. El SMA 2021TM es una preparación heterogénea de polímero con Mn (g/mol)=12000 y Mw (g/mol)=21000. La micela de detergente Triton™ se descompone al interactuar con el medio de la columna y eluye tarde en el cromatograma (4,5 ml; fig. 5A). La adición del polímero SMA estabiliza las micelas de detergente de manera que el detergente y el polímero eluyen juntos, en aproximadamente 3,7 ml (fig. 5B). El polímero SMA por sí solo es totalmente soluble y eluye como un pico estrecho en 2,8 ml (fig. 5C).

EJEMPLO 11

Perfiles de elución de exclusión por tamaño para nanorredes formadas con SMA 2021™ y oleato sódico.

Se mezcló el detergente iónico oleato sódico con una preparación de polímero SMA (SMA 2021TM) en una proporción másica de 1:1 (0,2 % masa/vol.), causando el autoensamblaje de las nanorredes. Alternativamente, se inyectaron cantidades equivalentes de solo polímero o solo detergente. El SMA 2021TM es una preparación heterogénea de polímero con Mn (g/mol)=12000 y Mw (g/mol) de 21000. La micela de detergente de oleato sódico es muy grande (30 nm) y eluye en el tiempo muerto del cromatograma de exclusión por tamaño (1,6 ml; fig. 6A). El polímero SMA por si solo es totalmente soluble y eluye como un pico estrecho en 2,8 ml (fig. 6B). La adición del polímero SMA causa el autoensamblaje del polímero y las micelas de detergente, de manera que el detergente y el polímero eluyen juntos, aproximadamente en 1,7 ml (fig. 6C).

Los Ejemplos 12 y 13, a continuación, utilizan por lo menos un detergente de la tabla siguiente, y esta tabla proporciona algunas propiedades relevantes de estos detergentes.

EJEMPLO 12

El tamaño de micela del detergente inicial es importante para la formación de las nanorredes.

La fig. 7A ilustra los resultados de la cromatografía de exclusión por tamaño de una formulación de nanorredes 1:1 (p/p) utilizando detergentes que forman micelas de <20 kDa. Se sometieron a cromatografía de exclusión por tamaño en agua destilada formulaciones comparativas de nanorredes con octil-p-glucósido, colato sódico y lauril-dimetilamina. Las nanorredes se prepararon mediante la mezcla del detergente con el mismo polímero, s Ma 2000 TM, en una proporción 1:1 p/p en agua destilada. Se realizó un seguimiento de las nanorredes a partir de la absorbancia de UV a 280 nm. Los resultados para la totalidad de dichos tres detergentes no formadores de micelas fueron sustancialmente equivalentes.

La fig. 7B ilustra los resultados del mismo experimento tal como se ha explicado anteriormente para la fig. 7A, excepto en que se repitió e incluía una nanorred preparada utilizando dodecil-maltósido (DDM) como el detergente (identificado mediante una flecha). Los resultados de todos los detergentes no formadores de micela (octil-beta-glucósido, colato sódico y lauril-dimetilamina) fueron sustancialmente equivalentes y sustancialmente tal como se han explicado en los resultados en la fig. 7A, aunque la nanorred de DDM, que forma una micela, mostraba un desplazamiento a la izquierda de la curva de elución.

La fig. 7C ilustra los resultados de formación de flóculos precipitados con ácido utilizando mezclas de polímero (SMA 2000 TM)-detergente. Cada detergente sometido a ensayo formaba una micela de tamaño diferente (0,8 kDa, 4 kDa, 8 kDa, 17 kDa y 72 kDa, tal como se indica en el Ejemplo 11) Los resultados muestran que las nanorredes preparadas con micelas de 0,8 kDa, 4 kDa y 8 kDa no mostraban una mejora significativa de la turbidez visible. Las nanorredes preparadas con una micela de 17 kDa mostraban una mejora menor de turbidez visible y las nanorredes preparadas con una micela de 72 kDa mostraban una mejora drástica de la floculación y, por lo tanto, eliminaban la turbidez.

La fig. 7D ilustra gráficamente la relación entre la aglomeración de los flóculos (estimulada por una centrifugación suave) de 8 mezclas de polímero diferentes (SMA-2000™ : sin detergente (es decir, SMA 2000TM solo), colato sódico (Colato), desoxicolato sódico (DOC), octil-beta-glucósido (Beta-OG), n-óxido de lauril-dimetilamina (LDAO), etoxilato de octilfenol (TX-305), n-dodecil-beta-D-maltósido (DDM) y oleato sódico (Oleato). Los círculos en el gráfico se refieren al tamaño de micela inicial y los cuadrados en el gráfico se refieren a la turbidez relativa. Obsérvese que el círculo y el cuadrado del polímero+TX-305 se encuentran aproximadamente en el sitio y están superpuestos. Solo las mezclas formadoras de nanorredes mostraban una aglomeración de flóculos incrementada.

EJEMPLO 13

Demostración de la formación de nanorredes y proporciones para la floculación.

Se utilizaron cuatro proporciones diferentes de polímero SMA 2000TM a Triton X-305TM para preparar cuatro agentes secuestrantes diferentes. A continuación, se añadió cada uno de dichos cuatro agentes secuestrantes a una solución de n-decano al 2 %. La primera (fig. 8A) presenta una proporción de 0:1 (SMA:TX-305). La segunda (fig. 8B) presentaba una proporción de 1:1,4 (SMA:TX-305) y debido al exceso de detergente en la mezcla, la reacción de precipitación es ineficiente, conduciendo a una mala floculación. El tercero (fig. 8C) presentaba una proporción de 1:0,7 (SMA:TX-305) y debido a que las nanorredes se forman eficientemente, la floculación es eficiente y la solución resultante resultó clarificada y capturado el aceite. La cuarta (fig. 8D) presentaba una proporción de 1:0 (SMA:TX-305) y debido a que el polímero está en exceso, este crea una gran cantidad de lodo que resulta difícil de separar de la solución y no captura eficientemente el aceite.

Aunque en la presente memora se han dado a conocer diversas realizaciones de la invención, pueden llevarse a cabo muchas adaptaciones y modificaciones dentro del alcance de la invención según se define en las reivindicaciones y de acuerdo con los conocimientos generales habituales del experto en la materia. Entre dichas modificaciones se incluyen la sustitución de equivalentes conocidos para cualquier aspecto de la invención con el fin de conseguir el mismo resultado de sustancialmente la misma manera. Los intervalos numéricos incluyen los extremos que definen el intervalo. Además, se proporcionan los intervalos numéricos de manera que se recita el intervalo de valores además de los valores individuales dentro del intervalo recitado que se recitarían específicamente en ausencia del intervalo. La expresión “que comprende” se utiliza en la presente memoria como una expresión abierta, sustancialmente equivalente a la expresión “incluyendo, aunque sin limitación” y el término “comprende” presenta el significado correspondiente. Tal como se utilizan en la presente memoria, las formas singulares “un” o “una” y “el” o “la” incluyen los referentes plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. De esta manera, por ejemplo, la referencia a “una cosa” incluye más de una de dicha cosa. La cita de referencias en la presente memoria no es una admisión de que dichas referencias son técnica anterior a la presente invención. Además, el material que aparece en la sección de antecedentes de la especificación no es una admisión de que dicho material es técnica anterior a la invención. La invención, que se define mediante las reivindicaciones, incluye todas las realizaciones y variaciones sustancialmente tal como se ha indicado anteriormente en la presente memoria y en referencia a los ejemplos y dibujos.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un agente secuestrante para el secuestro de fracciones no acuosas de una solución acuosa, que comprende: a) un detergente capaz de formar micelas que presentan un tamaño no inferior a aproximadamente 10 kDa, en el que el detergente se selecciona del grupo que consiste en O-[4-(1,1,3,3-tetrametilbutil)fenoxi]polietoxietanol, que presenta la fórmula química a continuación:

en la que n=9-10 o n=30, N-dodecil-beta-D-maltósido (DDM), oleato sódico y mezclas de los mismos, y b) un polímero que presenta un peso molecular comprendido en el intervalo de entre aproximadamente 3000 g/mol y aproximadamente 25000 g/mol que se puede hacer que actúe para estabilizar la formación de una micela de detergente, causando de esta manera que el detergente y el polímero se autoensamblen y formen una nanorred con la exposición a la solución acuosa, en la que el polímero se selecciona del grupo que consiste en estireno-ácido maleico (SMA), ácido diisobutil-maleico y mezclas de los mismos.
2. El agente secuestrante según la reivindicación 1, que comprende, además, un agente de precipitación, en el que el agente de precipitación se selecciona del grupo que consiste en ácido acético, ácido málico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido fumárico, ácido láctico, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico y mezclas de los mismos.
3. Un kit para secuestrar fracciones no acuosas de una solución acuosa, en el que el kit comprende: a) un detergente capaz de formar una micela que presenta un tamaño no inferior a aproximadamente 10 kDa, en la que el detergente se selecciona del grupo que consiste en O-[4-(1,1,3,3-tetrametilbutil)fenoxi]polietoxietanol, que presenta la fórmula siguiente:

en la que n=9-10, o n=30, N-dodecil-beta-D-maltósido (DDM), oleato sódico y mezclas de los mismos, b) un polímero que presenta un peso molecular comprendido en el intervalo de entre aproximadamente 3000 g/mol y aproximadamente 25000 g/mol que se puede hacer que actúe para estabilizar la formación de una micela de detergente, causando de esta manera que el detergente y el polímero se autoensamblen formando una nanorred con la exposición a la solución acuosa, en la que el polímero se selecciona del grupo que consiste en estireno-ácido maleico (SMA), ácido diisobutil-maleico y mezclas de los mismos, y c) un agente de precipitación seleccionado del grupo que consiste en ácido acético, ácido málico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido fumárico, ácido láctico, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico, y mezclas de los mismos.
4. El agente secuestrante o kit, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el detergente es un surfactante no iónico.
5. El agente secuestrante o kit, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el polímero presenta un peso molecular de aproximadamente 22000 g/mol.
6. El agente secuestrante o kit, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el polímero es soluble en agua o biodegradable, o soluble en agua y biodegradable.
7. El agente secuestrante o kit, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la proporción de detergente:polímero se encuentra comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 1:0,5 y aproximadamente 1:1,3.
8. El agente secuestrante o kit, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la proporción de detergente:polímero se encuentra comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 1:0,5 y aproximadamente 1:1,0.
9. El agente secuestrante o kit, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la proporción de detergente:polímero se encuentra comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 1:0,6 y aproximadamente 1:0,8.
10. El agente secuestrante o kit según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la proporción de detergente:polímero es de aproximadamente 1:0,7.
11. El agente secuestrante o kit según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el detergente es capaz de formar una micela que presenta un tamaño no inferior a aproximadamente 40 kDa y no superior a aproximadamente 300 kDa.
12. Un método de secuestro de una fracción no acuosa a partir de una solución acuosa, en el que el método comprende añadir un agente secuestrante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 a la solución acuosa que comprende una fracción no acuosa, formando de esta manera una solución acuosa tratada seguida de la separación de las partículas sólidas de la solución acuosa tratada.
13. El método según la reivindicación 12, que comprende, además, una operación de mezcla previa a la separación de las partículas sólidas.
14. El método según la reivindicación 12 o 13, en el que la separación de partículas sólidas comprende por lo menos una de las operaciones seleccionadas del grupo que consiste en filtración, separación por gravedad, flotación y atracción electromagnética.
15. El método según la reivindicación 14, en el que la separación de partículas sólidas comprende la atracción electromagnética y el método comprende, además, añadir fracciones magnéticas a la solución acuosa tratada previamente a la separación de las partículas sólidas.