Fisica dell’inversione di fase
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Un contributo essenziale alla crescita industriale sostenibile è la strategia di intensificazione dei processi, che mira a migliorare la produzione riducendo il consumo di energia e la produzione di rifiuti attraverso apparecchiature più sicure e flessibili. La tecnologia delle membrane soddisfa tutti i requisiti di intensificazione dei processi. Le membrane polimeriche sono utilizzate in diversi processi di separazione su scala industriale grazie alle loro entusiasmanti proprietà di separazione, al basso costo e alla facilità di produzione. Queste membrane vengono preparate con metodi diversi, come l’inversione di fase, lo stiramento controllato, l’estrusione per fusione o l’elettrofilatura, a seconda della morfologia preferita della membrana. L’inversione di fase è il processo più utilizzato per la fabbricazione di membrane, in quanto permette di fabbricare un’ampia gamma di morfologie di membrane, da dense a porose. In questa sede esaminiamo le tecniche basate sul processo di inversione di fase e le loro prestazioni nella fabbricazione di membrane polimeriche. Sono stati discussi anche i fattori chiave che influenzano la morfologia delle membrane.
Tecnica di inversione di fase
L’inversione di fase o separazione di fase è un fenomeno chimico sfruttato nella fabbricazione di membrane artificiali. Si realizza rimuovendo il solvente da una soluzione liquido-polimerica, lasciando una membrana solida e porosa.
L’inversione di fase è un metodo comune per formare membrane di filtrazione, che sono tipicamente realizzate con polimeri artificiali. Il metodo di inversione di fase dipende molto dal tipo di polimero utilizzato e dal solvente impiegato per sciogliere il polimero.
Le membrane a inversione di fase sono tipicamente caratterizzate dal diametro medio dei pori e dalla loro distribuzione. Questo può essere misurato utilizzando una serie di tecniche analitiche consolidate, come l’analisi delle isoterme di adsorbimento-desorbimento dei gas, la porosimetria o approcci più di nicchia come l’evapoporometria. Il microscopio elettronico a scansione (SEM) può essere utilizzato per caratterizzare le membrane con pori più grandi, come le membrane di microfiltrazione e ultrafiltrazione, mentre la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) può essere utilizzata per tutti i tipi di membrane, comprese quelle a pori piccoli come la nanofiltrazione e l’osmosi inversa, anche se le tecniche ottiche tendono ad analizzare solo una piccola area del campione che potrebbe non essere rappresentativa del campione nel suo complesso.
Tecnica di inversione di fase a ultrasuoni
L’alterazione delle condizioni ambientali provoca una reazione inversa tra l’emulsione o/w e l’emulsione w/o che presenta vantaggi simili alla formazione di liquidi diversi nell’emulsione reversibile inversa. L’inversione di fase reversibile dell’emulsione ha il vantaggio di avere a che fare con il taglio di perforazione, quindi l’emulsione reversibile invertita può essere utilizzata anche come fluido di perforazione. L’inversione di fase da emulsione w/o a emulsione o/w può essere suddivisa in tre fasi. Si tratta di emulsione w/o, emulsione w/o/w ed emulsione o/w. Nella fase di emulsione w/o, la struttura è apparsa tra le gocce d’acqua quando la percentuale della soluzione di HCl (5%) era inferiore allo 0,375%. Nello stadio di emulsione w/o/w, la struttura tra le goccioline d’acqua esisteva all’inizio di questo stadio; tuttavia, la fase interna e la fase esterna possono scambiare le loro posizioni durante il processo. Nel terzo stadio, le strutture tra le goccioline dell’emulsione si rompono e aumenta il grado di dispersione delle goccioline di olio nell’emulsione. Sono stati studiati i cambiamenti nella microstruttura, nella conduttività, nella stabilità elettrica, nella stabilità stazionaria e nella viscosità dell’emulsione, che si sono modificati tra le goccioline nel processo da emulsione w/o a emulsione o/w. I risultati dell’osservazione microscopica della microstruttura concordano con i risultati degli esperimenti sulla stabilità elettrica e sulla viscosità. Inoltre, la fase interna e quella esterna possono scambiarsi di posizione durante il processo.
Inversione di fase dell’emulsione
AbstractStudiamo numericamente il comportamento di una miscela bidimensionale di un fluido isotropo passivo e di un gel polare attivo, in presenza di un tensioattivo che favorisce l’emulsione. Concentrandoci sui parametri per i quali l’energia libera sottostante favorisce la fase lamellare nel limite passivo, dimostriamo che l’interazione tra forze non di equilibrio e termodinamiche crea una serie di emulsioni esotiche multiformi. Quando il componente attivo è contrattile (ad esempio, una soluzione di actomiosina), un’attività moderata aumenta l’efficienza dell’ordinamento lamellare, mentre una forte attività favorisce la creazione di goccioline passive all’interno di una matrice attiva. Per l’attività estensiva (che si verifica, ad esempio, nelle sospensioni di microtubuli e motori), invece, osserviamo un’emulsione di goccioline in rotazione spontanea di dimensioni diverse. Regolando la composizione complessiva, possiamo creare emulsioni ad alta fase interna, che subiscono un’improvvisa inversione di fase quando l’attività viene disattivata. Pertanto, scopriamo che l’attività fornisce un unico parametro di controllo per progettare materiali compositi con una gamma straordinariamente ricca di morfologie.