Когда нефть смешивается с водой или попадает в нее, традиционные методы очистки воды и удаления нефти могут быть сложными, дорогими и опасными для окружающей среды. Но исследователи из Инженерной школы Кокрелла при Техасском университете в Остине считают, что они, возможно, разработали лучший метод.
В исследовании, опубликованном этой весной в Journal of Nanoparticle Research, исследователи использовали магнитные наночастицы для отделения нефти от воды с помощью простого процесса, основанного на электростатической силе и магните. Инженеры считают, что их новая технология может улучшить очистку воды для добычи нефти и газа, более эффективно очищать разливы нефти и потенциально удалять свинец из питьевой воды.
Сегодня наночастицы, которые представляют собой крошечные частицы, которые могут быть покрыты различными химическими веществами, такими как полимеры, используются в самых разных областях и отраслях, включая медицину, энергетику и электронику. Универсальность наночастиц вдохновила команду UT Austin на изучение того, как частицы могут быть применены в нефтедобыче, чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду и повысить эффективность как наземного, так и морского бурения. Они считают, что их метод можно также использовать для очистки миллионов галлонов пресной воды, используемой при гидроразрыве пласта, и для очистки питьевой воды.
Современные методы добычи нефти отделяют 95 процентов нефти от попутной воды, но оставляют небольшие капли нефти, которые трудно извлечь, что делает очистку и утилизацию воды более сложными и экологически опасными.
«Эта новая технология действительно нацелена на удаление небольшого количества нефти из воды, которую необходимо удалить, прежде чем вы сможете считать ее очищенной», - сказал Саебом Ко, научный сотрудник Департамента нефтяной и геосистемной инженерии. и ведущий автор исследования. «Преимущество использования магнитных наночастиц заключается в том, что маленькие капли масла, которые прикрепляются к наночастицам, гораздо быстрее отделяются от воды, чем традиционные процессы физического разделения, потому что магнитная сила может быть на несколько порядков больше, чем гравитация».
Ко работал с командой, включающей профессора нефтяной и геосистемной инженерии Хью Дейгла, профессора биомедицинской инженерии Томаса Милнера и исследователя Чун Ху, над разработкой поверхностных покрытий для магнитных наночастиц, которые можно было бы использовать для удаления нефти. Они использовали технику, называемую высокоградиентной магнитной сепарацией, которая применялась в горнодобывающей промышленности для удаления металлов и в пищевой промышленности для удаления токсичных частиц.
Главным достижением команды является разработка поверхностных покрытий для наночастиц, способных прилипать к каплям масла с помощью электростатической силы. Команда покрыла магнитные наночастицы полимерами с положительным поверхностным зарядом. Затем положительно заряженные магнитные наночастицы прикрепляются к отрицательно заряженным каплям масла за счет силы электростатического притяжения, подобно тому, как ткань собирает пыль. Процесс, который в лабораторных тестах занимает секунды, может происходить и в обратном порядке. Если целевые вещества имеют положительный поверхностный заряд, магнитные наночастицы могут быть покрыты отрицательно заряженными полимерами для притяжения мишени.
«Это простая идея, - сказал Дейгл. «Мы используем магнитные свойства этих наночастиц, чтобы заставить их прилипать к каплям масла и, по существу, намагничивать капли масла, чтобы их можно было вытащить с помощью магнита».
Легкость техники и гибкость магнитных наночастиц побудили исследователей рассмотреть различные варианты их применения.
Применения могут выходить далеко за пределы нефтяного месторождения, потому что с соответствующим дизайном покрытия поверхности вы можете взять магнитный сердечник и покрыть его любым химическим веществом, которое вы выберете снаружи, чтобы приклеиться к цели и вытащить ее. магнитом, - сказал Дейгл.
Исследователи задумали разработать метод использования этих наночастиц для очистки разливов нефти в океане. Они также изучают, как можно использовать магнитные наночастицы для удаления свинца и других загрязняющих веществ из питьевой воды, и планируют проверить свои идеи этим летом..
Для добычи нефти и газа команда планирует разработать систему очистки, способную быстро обрабатывать большие объемы нефти и воды, что будет иметь решающее значение для береговых и морских нефтяных буровых площадок.
«В настоящее время мы разрабатываем процесс регенерации без химикатов для повторного использования наночастиц. Другие методы регенерации используют химические вещества для извлечения масла, что приводит к производству других опасных отходов», - сказал Ко.«Мы считаем, что переработка и повторное использование наночастиц может не только снизить эксплуатационные расходы, но и стать экологически безопасным процессом, уменьшающим количество опасных отходов».