Flocculanti anionici, cationici, meccanismo di azione

I flocculanti sono sostanze che si aggiungono a una sospensione per migliorare l’aggregazione delle particelle sospese

La flocculazione è un processo che avviene dopo la coagulazione in cui le particelle presenti in un sistema colloidale danno luogo alla formazione di aggregati.
Questo processo è utilizzato in svariati campi e principalmente nel trattamento di purificazione delle acque  per aiutare a rimuovere i solidi sospesi, in campo farmaceutico per stabilizzare le sospensioni e nel campo dell’industria enologica per conferire limpidezza al vino.

I flocculanti più comuni utilizzati nel trattamento dell’acqua sono le poliacrilammidi, polimeri sintetici ad alto peso molecolare che hanno la funzione di aggregare le particelle sospese in modo da rendere più efficienti le operazioni di sedimentazione, chiarificazione, filtrazione e centrifugazione.

I flocculanti sono sostanze a diverso peso molecolare. Possono essere di tipo anionico, cationico e polimerico a seconda della carica delle particelle superficiali che devono essere destabilizzate e generalmente sono efficienti in un determinato intervallo di pH.

Possono essere suddivisi, a seconda della loro struttura in inorganici, organici e naturali. Quelli inorganici sono solitamente sali metallici, tipicamente alluminio o ferro tra cui il solfato di alluminio, il solfato di ferro e il cloruro di ferro mentre i composti organici sono polimeri, e rappresentano un’ampia varietà di composti macromolecolari idrosolubili, di origine naturale o sintetica, che hanno la proprietà di favorire la flocculazione delle particelle sospese

Velocità di flocculazione

La velocità di flocculazione è influenzata da diversi fattori. Ad esempio l’agitazione o il riscaldamento della soluzione provocano un aumento dell’energia cinetica delle particelle sospese con conseguente maggiore velocità di aggregazione con il flocculante.

Un altro fattore è costituito dal volume della soluzione. Un volume maggiore di soluzione implica una quantità maggiore di flocculante ed inoltre la quantità di flocculante necessaria è influenzata dalla sua carica e dalla sua dimensione.

Una particella dispersa in un liquido può presentare delle cariche elettrostatiche superficiali. Esse generano un campo elettrico attrae ioni di segno opposto nello spazio che la circonda.

Ad esempio lo ioduro di argento AgI, assorbe, sulla sua superficie, lo ione presente in eccesso dando due tipi di aggregati:

• [AgI]I^–circondato da un controione positivo presente in soluzione come ad esempio K⁺
• [AgI]Ag⁺ circondato da un controione negativo come ad esempio I^–

Il doppio strato elettrico genera un potenziale detto potenziale zeta o potenziale elettrocinetico ζ il cui valore è correlato alla natura e alla struttura del doppio strato elettrico all’interfaccia particelle-liquido.

Flocculanti anionici e cationici

Un flocculante anionico come un sale o un idrossido metallico agisce con le cariche positive (potenziale zeta positivo). Un flocculante cationico agisce con le cariche negative (potenziale zeta negativo).

I flocculanti maggiormente usati sono:

silicato di sodio spesso detto silice attivata Na₂SiO₃

bentonite (Al₂O₃-4 SiO₂– 4 H₂O)

solfato di alluminio Al₂(SO₄)₃

allume, sale doppio di alluminio e potassio, KAl(SO₄)₂

derivati dell’amido, polisaccaridi, alginati

polimeri come la poliacrilammide derivante dalla polimerizzazione dell’acrilammide CH₂=CH-CONH₂

Meccanismo di azione

I flocculanti ionici come il solfato di alluminio si solubilizza dando ioni Al³⁺ e SO₄^2-. Le particelle colloidali contenute nella soluzione in cui sono presenti cariche superficiali si legano ai controioni e diventano sufficientemente pesanti da precipitare.

I flocculanti polimerici come la poliacrilammide, invece, sono caratterizzati dalla presenza di una lunga catena e da elementi elettronegativi. Un esempio è  l’ossigeno che forma legami covalenti polari.

Le dimensioni della macromolecola, unitamente alla presenza di atomi che hanno una parziale carica fa sì che le particelle colloidali si aggregano ad essa e precipitino rapidamente.

Sono comunque allo studio altri tipi di flocculanti come i bioflocculanti che potrebbero costituire una valida alternativa ai flocculanti tradizionali.