Разгадывая научную загадку, исследователи из Университета Хьюстона и национальных лабораторий также обнаружили новый способ очистки воды от токсинов, в том числе сточных вод, образующихся в результате гидроразрыва пласта.
Выводы, описанные в статье, опубликованной на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, касаются парадокса, почему минерал барит, часто смешанный с химическим элементом стронцием, широко присутствует в морской воде.
Морская вода недонасыщена по отношению к бариту, то есть концентрации ионов бария и сульфата слишком низки для образования осадков барита, сказал Янди Ху, доцент кафедры гражданского и экологического строительства Хьюстонского университета и автор-корреспондент. на бумаге. По ее словам, сульфат стронция гораздо лучше растворим в воде, чем сульфат бария, поэтому термодинамические уровни стронция в осадках сульфата бария также должны быть низкими.
Но барит часто встречается в морской воде, как и барит с примесью стронция. Основываясь на полевых данных о том, что присутствие барита и высокие уровни стронция в барите связаны с присутствием органических веществ, она и ее коллеги начали свое исследование.
Помимо Ху, соавторами статьи являются Нин Дэн и Бо Цао из UH; Эндрю Стэк и Джулиан Вебер из Окриджской национальной лаборатории; и Джеймс Де Йорео из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.
«Понимание осаждения барита в океане, который глобально недонасыщен баритом, отсутствует», - написали они.«Более того, причина появления более высокого содержания [стронция] в морских баритах, чем ожидалось… остается неизвестной».
Полевые данные свидетельствуют о том, что осадки барита с большей вероятностью могут быть обнаружены в морской воде, если поблизости находится органический материал, хотя исследователи говорят, что конкретный механизм взаимодействия минералов и органических веществ не ясен.
Чтобы лучше понять почему, они использовали органические пленки как в недонасыщенных, так и в перенасыщенных растворах и зафиксировали зародышеобразование барита. Испытания показали, что барит быстро растет в растворе с непрерывным образованием зародышей барита на границе между раствором и органической пленкой.
Этот интерфейс создает условия - микросреду, - которая отличается от основной части решения, сказал Ху.
«Органические соединения могут обогащать ионами объемный раствор, делая локальный раствор на границе раздела перенасыщенным по отношению к бариту, даже если основной раствор был недонасыщен», - сказал Ху.
Пересыщение вдоль органической пленки способствовало непрерывному зародышеобразованию там барита, в то время как тот факт, что сульфат стронция проявлял более низкую энергию зародышеобразования, способствовал включению стронция в осадки, сказала она. «Это объясняет тайны».
В дополнение к объяснению образования барита, богатого стронцием, в морской среде, исследователи заявили, что работа предлагает новые идеи для понимания и управления зародышеобразованием и ростом твердых растворов, что может привести к новым методам удаления токсинов из воды. и другие жидкости. Это включает в себя возможность более эффективного удаления стронция из попутной воды, полученной в результате гидроразрыва пласта, сказал Ху.
Она сказала, что и барит, и стронций часто встречаются в пластовой воде; в то время как удалить барит с добавлением сульфата относительно легко, удалить стронций сложнее. «Мы предполагаем, что с органическим присутствием вы можете более эффективно удалять стронций."