Когда масло смешивается с водой или попадает в нее, обычные способы очистки воды и удаления масла могут быть сложными, дорогими и экологически опасными. Но исследователи в Школе инженеров Кокрелла в Техасском университете в Остине считают, что они разработали лучший метод.
В исследовании, опубликованном этой весной в журнале Nanoparticle Research, ученые использовали магнитные наночастицы для отделения масла от воды в ходе процесса, который происходит благодаря электростатической силе и магниту. Инженеры считают, что их новая технология может улучшить очистку воды для добычи нефти и газа. Она позволит более эффективно очистить от разливов нефти воду и удалить из нее свинец.
Сегодня наночастицы, которые представляют собой крошечные частицы (они могут быть покрыты различными химикатами, такими как полимеры) используются в самых разных областях и отраслях. Они нашли применение в медицине, энергетике и электронике.
Универсальность наночастиц вдохновила команду UT Austin исследовать, как частицы могут применяться в сфере добыче нефти, чтобы уменьшить экологический вред и повысить ее эффективность, как на суше, так и при морском бурении. Они считают, что их технология также может использоваться для обработки миллионов галлонов пресной воды при гидравлическом разрыве, и для очистки чистой питьевой воды.
Современные методы очистки нефти
Современные методы добычи нефти отделяют 95 процентов масла от воды, но оставляют за собой небольшие капли нефти, которые трудно извлечь, что делает очистку и удаление воды из нее более сложной и экологически опасной.
«Эта новая методика действительно направлена на то, чтобы удалить небольшую часть масла из воды», — сказал Saebom Ko, научный сотрудник Департамента нефтяной и геосистемной инженерии, а также ведущий автор исследования.
«Преимущество использования магнитных наночастиц состоит в том, что небольшие капли масла, которые прикрепляются к наночастицам, намного быстрее отделяются от воды. Этот процесс происходит быстрее, чем в традиционных процессах физического разделения, потому что магнитная сила может быть на порядок больше гравитации».
Ко работал с командой, в состав которой входили специалист по инженерным исследованиям нефти и геосистем Хью Дайгле, профессор биомедицинской инженерии Томас Милнер и исследователь Чун Хух.
Они использовали метод, называемый методом магнитного разделения с высоким градиентом, который использовался в горном деле для удаления металлов и пищевой промышленности для удаления токсичных частиц.
Результаты исследования
Основным достижением команды является создание поверхностных покрытий для наночастиц, способных прилипать к масляным каплям с использованием электростатической силы.
Группа покрыла магнитные наночастицы полимерами, поверхностный заряд которых положительный. Положительно заряженные магнитные наночастицы прилипают к отрицательно заряженным каплям масла благодаря электростатической силе притяжения, подобно тому, как пылеулавливающая ткань притягивает пыль.
Процесс, который занимает несколько секунд в лабораторных тестах, также может произойти в обратном порядке. Если целевые вещества имеют положительные поверхностные заряды, магнитные наночастицы могут быть покрыты отрицательно заряженными полимерами для их притягивания.
«Это простая идея, — сказала Дайгл. «Мы используем магнитные свойства этих наночастиц, чтобы заставить их прилипать к масляным каплям и по существу намагнитить масляные капли, чтобы их можно было вытащить с помощью магнита».
Легкость техники и гибкость магнитных наночастиц побудили исследователей рассмотреть различные сферы использования этой технологии.
Сфера применения
«Сфера применения может простираться далеко за пределы нефтяной промышленности, потому что при создании соответствующего покрытия поверхности вы можете взять магнитит, и покрыть его любым химическим веществом, которое вы хотите удалить из раствора» — сказал один из исследователей.
Исследователи предложили разработать метод использования этих наночастиц для очистки нефтяных разливов в океане. Они также изучают, как магнитные наночастицы могут быть использованы для удаления свинца и других загрязняющих веществ из питьевой воды. Теорию планируется проверить этим летом.
Для добычи нефти и газа команда планирует разработать систему обработки, которая поможет обрабатывать большой объем нефти и воды, что будет иметь большое значение для наземных и морских нефтяных буровых площадок, и нефтяной промышленности в целом.
«В настоящее время мы разрабатываем процесс регенерации без химикатов для повторного использования наночастиц. Другие методы регенерации используют химикаты для извлечения масла, что приводит к производству других опасных отходов», — сказал Ко.
«Мы считаем, что путем переработки и повторного использования наночастиц можно не только снизить расходы на очистку, то поможет гарантировать экологичность процесса, позволит уменьшать количество опасных отходов».
