Estudio de interfaces líquido-vapor de soluciones acuosas de alcoholes en presencia de NACL mediante simulación molecular

Abstract

Los espumantes son utilizados en diversas industrias en donde se requiere controlar propiedades de superficie, principalmente se busca evitar la coalescencia y producir una espuma estable. En la extracción de minerales, existe una etapa llamada flotación, en donde se adicionan espumantes en las celdas de flotación para que el mineral pueda ser recolectado como concentrado. Debido a la escasez de agua dulce, se está estudiando la opción de utilizar agua con presencia de electrolitos (agua mar, agua recirculada y aguas de pozos subterráneos) en procesos mineros. Sin embargo, no se tiene claro el efecto que podría ocasionar los electrolitos en el sistema. El presente informe busca mejorar la comprensión del comportamiento y disposición molecular del espumante en presencia y ausencia de sal a nivel microscópico utilizando la técnica de simulación molecular, evaluando propiedades superficiales. Las simulaciones moleculares se realizaron en equilibrio, estudiándose un sistema líquido-vapor compuesto por agua, espumantes tales como; MIBC, 1-hexanol, 1-heptanol y 1-octanol, en ausencia y presencia del electrolito (NaCl). El campo de fuerza utilizado fue el recomendado por la página Automated Topology Builder (ATB) en donde se extrajeron los archivos de configuración molecular para cada molécula. Los resultados muestran que: los espumantes se dirigen hacia la interfase líquido/vapor, lo que conlleva a una disminución de la tensión superficial al adsorberse el espumante en la interfase. Por otro lado, la presencia de NaCl en agua pura aumenta la tensión superficial en aproximadamente 2 (mN/m). En relación a las simulaciones, el campo de fuerza obtenido de la base de datos ATB, provee resultados de tensión superficial (TS) con las mismas tendencias experimentales para el espumante MIBC, es decir, una disminución TS a medida que se aumentaba la cantidad de MIBC. A concentraciones elevadas de MIBC, sobre 80 moleculas en una caja de simulación de 5 nm x 5 nm x 15 nm, la caída de la TS es más abrupta en presencia de sal que en agua pura. Los demás alcoholes evaluados (1-hexanol, 1-heptanol, 1-octanol) no siguieron las tendencias experimentales utilizándose la base de datos ATB, adicionalmente con la finalidad de comparar los resultados se utilizaron nuevos parámetros, tales como campos de fuerza y cambios en los archivos de entrada mediante la mecánica cuántica, con este cambio se obtuvieron tendencias más cercanas a lo experimental, disminución de TS al aumentar la cantidad de alcohol presente en el sistema acuoso. Los resultados de las configuraciones moleculares, en particular los perfiles de densidad de espumantes muestran diferencias en su peak (2-10%) cuando estos se encuentran en presencia de sal. En agua pura se localizan en una región amplia de la interfase, mientras que en agua con NaCl lo hacen de manera más localizada.