La perforazione e il fracking per il petrolio sotto il fondo del mare producono 100 miliardi di barili di acque reflue contaminate ogni anno rilasciando minuscole goccioline di petrolio nell'acqua circostante.

La maggior parte degli sforzi per rimuovere l'olio dall'acqua si concentra sulla rimozione di grandi chiazze di petrolio da fuoriuscite industriali, ma queste non sono adatte per rimuovere minuscole goccioline. Anziché, gli scienziati stanno cercando nuovi modi per pulire l'acqua.

Ora, i ricercatori dell'Università di Toronto (U of T) e dell'Imperial College di Londra hanno sviluppato una spugna che rimuove oltre il 90% delle microgoccioline di olio dalle acque reflue in dieci minuti.

Dopo aver catturato l'olio dalle acque reflue, la spugna può essere trattata con un solvente, che rilascia l'olio dalla spugna. L'olio può quindi essere riciclato; la spugna, pronto per essere riutilizzato.

La spugna migliora un concetto precedente:l'autore principale Dr. Pavani Cherukupally, ora del Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Imperial, aveva sviluppato una prima versione della spugna durante il suo dottorato di ricerca. all'U di T. Sebbene la spugna precedente abbia rimosso più del 95 per cento dell'olio nei campioni testati, ci sono volute tre ore per farlo, molto più di quanto sarebbe utile nell'industria.

Anche l'acidità e l'alcalinità hanno presentato un problema, poiché il pH delle acque reflue contaminate determinava il buon funzionamento della spugna. Il Dr. Cherukupally ha detto:"Il pH ottimale per il nostro sistema era 5,6, ma le acque reflue della vita reale possono avere un pH compreso tra quattro e dieci. Mentre ci avvicinavamo alla vetta di quella scala, abbiamo visto diminuire significativamente la rimozione dell'olio, fino a solo il sei o il sette per cento".

Ora, Dottor Cherukupally, insieme a U of T e accademici imperiali, ha modificato chimicamente la spugna per essere di potenziale utilizzo per l'industria. La nuova spugna funziona più velocemente, e su un intervallo di pH molto più ampio rispetto alla versione precedente.

I risultati sono pubblicati oggi in Sostenibilità della natura .

Segreti di spugna

Per creare la spugna originale, Il dottor Cherukupally ha usato normali schiume di poliuretano, simili a quelle che si trovano nei cuscini dei divani, per separare minuscole goccioline di olio dalle acque reflue. Il team ha accuratamente ottimizzato la dimensione dei pori, chimica di superficie, e superficie, per creare una spugna che attragga e catturi le goccioline di olio, un processo noto come "adsorbimento", lasciando scorrere l'acqua.

Per migliorare le proprietà della spugna nel nuovo studio, Il team del Dr. Cherukupally ha lavorato con i chimici U of T per aggiungere minuscole particelle di un materiale noto come silicio nanocristallino alle superfici della schiuma. Potrebbero quindi controllare meglio l'area superficiale della spugna e la chimica della superficie, migliorando la sua capacità di catturare e trattenere le goccioline di olio, un concetto noto come energia superficiale critica.

Dopo l'uso, la spugna può essere rimossa dall'acqua e trattata con un solvente, liberando l'olio dalla sua superficie.

Il Dr. Cherukupally ha dichiarato:"Il concetto critico di energia superficiale deriva dal mondo della ricerca sul biofouling, cercando di impedire a microrganismi e creature come i cirripedi di attaccarsi a superfici come gli scafi delle navi.

"Normalmente, si desidera mantenere l'energia superficiale critica in un determinato intervallo per prevenire l'attaccamento, ma nel nostro caso l'abbiamo manipolato per far aderire bene le goccioline.

"Si tratta di selezionare strategicamente le caratteristiche dei pori e delle loro superfici. Le spugne commerciali hanno già minuscoli pori per catturare minuscole goccioline. Le spugne in poliuretano sono realizzate con prodotti petrolchimici, quindi hanno già avuto gruppi chimici che li rendono bravi a catturare le goccioline.

"Il problema era che avevamo meno gruppi chimici di quelli necessari per catturare tutte le goccioline. Ho quindi lavorato con i chimici U of T per aumentare il numero di gruppi chimici, e con il professor Daryl Williams dell'Imperial per ottenere la giusta quantità di rivestimento."

Pulizia dell'olio

La coautrice, la professoressa Amy Bilton di U of T, ha dichiarato:"Le attuali strategie per la pulizia delle fuoriuscite di petrolio si concentrano sulla marea nera galleggiante, ma mancano le microgoccioline che si formano nell'acqua."

"Anche se la nostra spugna è stata progettata per le acque reflue industriali, adattarlo alle condizioni dell'acqua dolce o marina potrebbe aiutare a ridurre la contaminazione ambientale da sversamenti futuri".

Il Dr. Cherukupally continuerà a migliorare le prestazioni della spugna per le applicazioni petrolifere e ha collaborato con il Dr. Huw Williams presso il Dipartimento di Scienze della Vita dell'Imperial per studiare come le spugne potrebbero rimuovere i batteri dall'acqua salata.

Vuole anche usare le spugne per trattare la contaminazione da gas, estrazione, e industrie tessili, e vuole rendere la tecnologia accessibile per l'uso nei paesi in via di sviluppo, principalmente per liberare fiumi contaminati di sostanze organiche, metalli pesanti, e patogeni.