Nel risolvere un mistero scientifico, i ricercatori dell'Università di Houston e dei laboratori nazionali della nazione hanno anche scoperto una nuova strada per eliminare le tossine dall'acqua, comprese le acque reflue prodotte dalla fratturazione idraulica.

Le scoperte, descritto in un articolo pubblicato questa settimana nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , affrontare il paradosso del motivo per cui il minerale barite, spesso legato all'elemento chimico stronzio, è ampiamente presente nell'acqua di mare.

L'acqua di mare è sottosaturata rispetto alla barite, questo è, le concentrazioni di bario e ioni solfato sono troppo basse per formare precipitati di barite, ha detto Yandi Hu, assistente professore di ingegneria civile e ambientale presso l'Università di Houston e autore corrispondente dell'articolo. Il solfato di stronzio è molto più solubile in acqua del solfato di bario, quindi i livelli termodinamici di stronzio nei precipitati di solfato di bario dovrebbero essere bassi, anche, lei disse.

Ma la barite si trova spesso nell'acqua di mare, così come la barite allacciata allo stronzio. Sulla base dei risultati sul campo che la presenza di barite e alti livelli di stronzio nella barite sono associati alla presenza di materia organica, lei e colleghi hanno iniziato il loro studio.

Oltre a Hu, i coautori del documento includono Ning Deng e Bo Cao di UH; Andrew Stack e Julian Weber dell'Oak Ridge National Laboratory; e James De Yoreo del Pacific Northwest National Laboratory.

"Una comprensione delle precipitazioni di barite nell'oceano, che è globalmente sottosaturato rispetto alla barite, manca, " hanno scritto. "Inoltre, la ragione per la presenza di un contenuto di [stronzio] maggiore del previsto nelle bariti marine... rimane sconosciuta."

I dati sul campo suggeriscono che è più probabile che i precipitati di barite si trovino nell'acqua di mare se il materiale organico si trova nelle vicinanze, anche se i ricercatori hanno affermato che il meccanismo specifico per le interazioni minerale-organico non è chiaro.

Per capire meglio perché, hanno usato pellicole organiche in soluzioni sia sottosature che sovrasature e hanno registrato la nucleazione di barite. I test hanno rilevato che la barite è cresciuta rapidamente nella soluzione, con nucleazione continua di barite all'interfaccia tra la soluzione e il film organico.

Quell'interfaccia crea condizioni - un microambiente - che è diverso da quello del corpo principale della soluzione, Ha detto Hu.

"Le sostanze organiche possono arricchire gli ioni dalla soluzione sfusa, rendendo la soluzione locale all'interfaccia sovrasaturata rispetto alla barite, anche quando la soluzione sfusa era sottosaturata, "Ha detto Hu.

La sovrasaturazione lungo il film organico ha promosso la nucleazione continua di barite lì, mentre il fatto che il solfato di stronzio mostrasse un'energia di nucleazione inferiore ha indotto l'incorporazione di stronzio nei precipitati, lei disse. "Questo spiega i misteri."

Oltre ad offrire una spiegazione per la formazione di barite ricca di stronzio in ambienti marini, i ricercatori hanno affermato che il lavoro offre nuove intuizioni per comprendere e manipolare la nucleazione e la crescita di soluzioni solide, che potrebbe portare a nuovi metodi per rimuovere le tossine dall'acqua e da altri liquidi. Ciò include la possibilità di un modo più efficiente per rimuovere lo stronzio dall'acqua prodotta derivante dalla fratturazione idraulica, Ha detto Hu.

Ha detto che sia la barite che lo stronzio si trovano spesso nell'acqua prodotta; mentre è relativamente facile rimuovere la barite con l'aggiunta di un solfato, rimuovere lo stronzio è più complicato. "Proponiamo che con una presenza organica, puoi rimuovere lo stronzio in modo più efficace, "