Nanopartikler og magneter tilbyder nye, effektiv metode til at fjerne olie fra vand

Når olie blandes med eller kommer i vand, konventionelle metoder til at rense vandet og fjerne olien kan være udfordrende, dyrt og miljømæssigt risikabelt. Men forskere ved Cockrell School of Engineering ved University of Texas i Austin mener, at de muligvis har udviklet en bedre metode.

I en undersøgelse offentliggjort i foråret i Journal of Nanopartikelforskning , forskerne brugte magnetiske nanopartikler til at adskille olie fra vand gennem en simpel proces, der er afhængig af elektrostatisk kraft og en magnet. Ingeniørerne mener, at deres nye teknik kan forbedre vandbehandlingen til olie- og gasproduktion, mere effektivt rense oliespild og potentielt fjerne bly fra drikkevand.

I dag, nanopartikler, som er små partikler, der kan belægges med forskellige kemikalier, såsom polymerer, bruges i en lang række områder og industrier, herunder medicin, energi og elektronik. Nanopartiklernes alsidighed inspirerede UT Austin-teamet til at udforske, hvordan partiklerne kunne anvendes til olieproduktion for at mindske dets miljømæssige fodaftryk og øge effektiviteten i både onshore og offshore boring. De mener, at deres teknik også kan bruges til at behandle de millioner af liter ferskvand, der bruges til hydraulisk frakturering, og til at hjælpe med at rense drikkevand.

Moderne olieproduktionsmetoder adskiller 95 procent af olien fra produceret vand, men efterlader små oliedråber, der er svære at udvinde, hvilket gør vandbehandling og bortskaffelse mere udfordrende og miljømæssigt risikabel.

"Denne nye teknik er virkelig rettet mod at fjerne den lille smule olie i det vand, der skal fjernes, før du kan overveje det behandlet, " sagde Saebom Ko, en forskningsmedarbejder i Institut for Petroleum og Geosystems Engineering og hovedforfatter på undersøgelsen. "Fordelen ved at anvende magnetiske nanopartikler er, at de små oliedråber, der fastgøres til nanopartiklerne, adskilles meget hurtigere fra vand end traditionelle fysiske separationsprocesser, fordi magnetisk kraft kan være størrelsesordener større end tyngdekraften."

Ko arbejdede med et team, der inkluderer petroleums- og geosystemingeniørprofessor Hugh Daigle, biomedicinsk ingeniørprofessor Thomas Milner og forsker Chun Huh til at designe overfladebelægninger til magnetiske nanopartikler, der kan bruges til at fjerne olie. De brugte en teknik, kaldet højgradient magnetisk adskillelse, der er blevet brugt i minedrift til at fjerne metaller og i fødevareindustrien til at fjerne giftige partikler.

Teamets vigtigste fremskridt er at designe overfladebelægninger til nanopartikler, der er i stand til at klæbe til oliedråber ved hjælp af elektrostatisk kraft. Holdet har belagt de magnetiske nanopartikler med polymerer, hvis overfladeladning er positiv. De positivt ladede magnetiske nanopartikler låses derefter på de negativt ladede oliedråber gennem elektrostatisk tiltrækningskraft, ligner hvordan en støvfangende klud opsamler støv. Processen - som tager sekunder i laboratorietests - kan også ske omvendt. Hvis målstofferne har positive overfladeladninger, de magnetiske nanopartikler kunne være belagt med negativt ladede polymerer for at tiltrække målet.

"Det er en simpel idé, " sagde Daigle. "Vi udnytter de magnetiske egenskaber af disse nanopartikler for at få dem til at klæbe til oliedråberne og i det væsentlige magnetisere oliedråberne, så de kan trækkes ud med en magnet."

Teknikkens lethed og fleksibiliteten af ​​magnetiske nanopartikler har motiveret forskerne til at overveje forskellige anvendelser.

"Ansøgningerne kan strække sig langt ud over oliefeltet, fordi med et passende overfladebelægningsdesign, du kan tage din magnetiske kerne og belægge den med det kemikalie, du vælger på ydersiden for at holde sig til målet og trække det ud med en magnet, " sagde Daigle.

Forskerne har forestillet sig at designe en metode til at bruge disse nanopartikler til at rense olieudslip i havet. De undersøger også, hvordan magnetiske nanopartikler kan bruges til at fjerne bly og andre forurenende stoffer fra drikkevand, med planer om at teste deres ideer til sommer.

Til olie- og gasproduktion, holdet planlægger at udvikle et behandlingssystem, der vil have kapacitet til hurtigt at håndtere en stor mængde olie og vand, hvilket ville være afgørende for onshore og offshore olieboringssteder.

"Vi er i øjeblikket ved at udvikle en kemikaliefri regenereringsproces til at genbruge nanopartikler. Andre regenereringsmetoder bruger kemikalier til at udvinde olien, resulterer i produktion af andet farligt affald, "Sagde Ko." Vi mener, at ved at genbruge og genbruge nanopartikler, det kunne ikke kun reducere driftsomkostningerne, men det kan være en miljøvenlig proces, der reducerer farligt affald. "