Contact presa:

Descărcare media

apei

* Termeni de utilizare:

Imaginile pentru descărcare de pe site-ul web al biroului de știri MIT sunt puse la dispoziția entităților necomerciale, a presei și a publicului larg sub o licență Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Nu puteți modifica imaginile furnizate, altele decât să le decupați la dimensiune. La reproducerea imaginilor trebuie utilizată o linie de credit; dacă una nu este furnizată mai jos, creditați imaginile la „MIT”.

Imaginea anterioară Imaginea următoare

Ori de câte ori există o deversare majoră de ulei în apă, cele două tind să se amestece într-o suspensie de picături mici, numită emulsie, care este extrem de greu de separat - și care poate provoca daune grave ecosistemelor. Însă cercetătorii MIT au descoperit o nouă modalitate ieftină de a separa din nou cele două fluide.

Membrana lor recent dezvoltată ar putea fi fabricată la scară industrială și ar putea prelucra cantități mari de materiale amestecate fin în ulei pur și apă. Procesul este descris în revista Scientific Reports de profesorul MIT Kripa Varanasi, studentul absolvent Brian Solomon și postdoc M. Nasim Hyder.

În plus față de rolul său posibil în curățarea deversărilor, noua metodă ar putea fi utilizată și pentru forarea de rutină, cum ar fi în oceanul adânc, precum și pe uscat, unde apa este injectată în puțuri pentru a ajuta la forțarea petrolului din formațiunile roci adânci. De obicei, explică Varanasi, uleiul și apa amestecate care sunt extrase sunt introduse în rezervoare mari pentru a permite separarea prin gravitație; uleiul plutește treptat până la vârf, unde poate fi degresat.

Acest lucru funcționează bine atunci când uleiul și apa sunt „deja globuri mari, deja parțial separate”, spune Varanasi. „Dificultatea vine atunci când aveți ceea ce se numește o emulsie, cu picături foarte mici de ulei stabilizate într-un fond de apă sau apă într-un fond de ulei. Dificultatea crește semnificativ pentru nanoemulsii, unde dimensiunile picăturilor sunt sub un micron. ”

Pentru a descompune aceste emulsii, echipajele folosesc de-emulsifianți, care pot fi ei înșiși dăunători mediului. În scurgerea de petrol Deepwater Horizon din 2010 în Golful Mexic, de exemplu, cantități mari de dispersanți și de-emulgatori au fost aruncați în mare.

„După un timp, [petrolul] tocmai a dispărut”, spune Varanasi, „dar oamenii știu că este ascuns în apă, în aceste emulsii fine”. În cazul forajelor terestre, unde așa-numita „apă produsă” din puțuri conține emulsii fine de petrol, uneori companiile diluează pur și simplu apa până când îndeplinește standardele de reglementare pentru a fi deversate în căile navigabile.

„Este o problemă foarte dificilă pentru industrie”, spune Varanasi, „atât în ​​ceea ce privește recuperarea petrolului, cât și mai important, nu deversarea apei produse în mediu”.

Noua abordare dezvoltată de grupul Varanasi folosește membrane cu structuri ierarhice de pori. Membranele combină un strat foarte subțire de nanopori cu un strat mai gros de micropori pentru a limita trecerea materialului nedorit, oferind în același timp o rezistență suficientă pentru a rezista la presiune și debit mare. Membranele pot fi realizate cu proprietăți de udare contrastante, astfel încât porii lor fie atrag uleiul și resping apa, fie invers.

„Acest lucru permite unui material să treacă în timp ce îl blochează pe celălalt cu rezistență redusă la curgere”, spune Varanasi. Alegerea membranei sau a unei combinații a ambelor ar putea fi bazată pe materialul care predomină într-o anumită situație, explică el.

Porii trebuie să fie mai mici decât picăturile pentru a le bloca, spune Varanasi - ceea ce, în cazul nanoemulsiilor, duce la pori foarte mici și rezistență semnificativă la curgere, limitând debitul. Debitul poate fi îmbunătățit prin creșterea gradientului de presiune sau prin stratul de separare foarte subțire, dar încercările anterioare de a face astfel de membrane subțiri, cu pori mici, au produs materiale care se rup chiar și sub presiune nominală. Soluția echipei: un proces ingenios care face găuri mari pe o parte care pătrunde în cea mai mare parte a materialului, oferind o rezistență redusă la curgere, precum și găuri la scară nano pe cealaltă suprafață, în contact cu emulsia care trebuie separată. Stratul subțire cu pori la scară nanomatică permite separarea, iar stratul gros cu porii mari oferă suport mecanic.

Abordarea poate fi adaptată la procesele industriale utilizate astăzi pentru realizarea membranelor mari într-un sistem de fabricație de volum mare, rulou la rulou, deci ar trebui să fie relativ ușor să se realizeze o producție pe scară largă, spune Varanasi.

O soluție de polimer este turnată pe o placă de sticlă, explică Hyder; această placă de turnare este apoi scufundată într-o baie nedisolventă pentru a induce precipitații pentru a forma un film. Tehnica creează o fază polimerică stratificată: un strat este bogat în polimeri, iar altul nu. Pe măsură ce precipită, faza bogată în polimeri dezvoltă porii mai mici; faza polimer-slabă le face pe cele mai mari. Deoarece soluțiile formează o singură foaie de film, nu este nevoie de lipirea straturilor împreună, ceea ce poate duce la un filtru mai slab.

„Nu există un strat separat, este complet integrat, astfel încât suportul mecanic este integral”, spune Hyder. Ca etapă finală, se adaugă un polimer diferit pentru a da materialului - inclusiv căptușeala porilor - suprafețe care atrag sau resping uleiul și apa. Grosimea stratului de piele poate fi optimizată în continuare folosind formatori de pori polimerici pentru a spori randamentul.

Solomon a efectuat experimente care arată eficacitatea membranelor în separarea nanoemulsiilor, menținând în același timp integritatea la presiune ridicată. Echipa a folosit diverse tehnici - inclusiv calorimetrie cu scanare diferențială, împrăștiere dinamică a luminii și microscopie - pentru a testa eficiența separării, prezentând o separare de peste 99,9%.

Imaginile microscopice arată membrana în funcțiune, cu vopsea adăugată în apă pentru a face picăturile mai evidente. În câteva secunde, un amestec de ulei-apă puternic înnorat devine perfect limpede, pe măsură ce apa trece prin membrană, lăsând în urmă ulei pur. Așa cum se arată în imaginile microscopului, Solomon spune: „Nu scăpăm doar de picăturile pe care le puteți vedea, ci și de cele mai mici”, care contribuie la aspectul tulbure.

Anish Tuteja, profesor asistent de știință și inginerie a materialelor la Universitatea din Michigan, care nu a fost implicat în această cercetare, o numește „o abordare foarte interesantă și inovatoare pentru fabricarea membranelor care pot separa nanoemulsiile”. El adaugă că metoda utilizată de această echipă "este destul de inovatoare. Oamenii au încercat anterior să fabrice membrane ierarhice, dar aceasta este probabil una dintre cele mai simple și mai scalabile tehnici pentru fabricarea unor astfel de membrane".

Presupunând că membranele funcționează bine în condiții reale, Tuteja spune că „ar putea avea un impact foarte mare. Nanoemulsiile de petrol-apă sunt omniprezente într-o serie de industrii, iar aceste membrane ar putea permite separarea rapidă a acestor emulsii cu o puritate și o eficiență ridicate. . "

Echipa lucrează cu Shell, care a sprijinit cercetarea prin Inițiativa MIT Energy, pentru a testa în continuare materialul.