Quando l'olio si mescola o entra nell'acqua, i metodi convenzionali per pulire l'acqua e rimuovere l'olio possono essere difficili, costoso e rischioso per l'ambiente. Ma i ricercatori della Cockrell School of Engineering dell'Università del Texas ad Austin credono di aver sviluppato un metodo migliore.

In uno studio pubblicato questa primavera nel Journal of Nanoparticle Research , i ricercatori hanno utilizzato nanoparticelle magnetiche per separare l'olio dall'acqua attraverso un semplice processo che si basa sulla forza elettrostatica e su un magnete. Gli ingegneri ritengono che la loro nuova tecnica potrebbe migliorare il trattamento delle acque per la produzione di petrolio e gas, ripulire in modo più efficiente le fuoriuscite di petrolio e potenzialmente rimuovere il piombo dall'acqua potabile.

Oggi, nanoparticelle, che sono minuscole particelle che possono essere rivestite con diverse sostanze chimiche come polimeri, sono utilizzati in un'ampia varietà di aree e industrie, tra cui la medicina, energia ed elettronica. La versatilità delle nanoparticelle ha ispirato il team di UT Austin a esplorare come le particelle potrebbero essere applicate alla produzione di petrolio per ridurre l'impatto ambientale e aumentare l'efficienza nella perforazione sia onshore che offshore. Ritengono che la loro tecnica possa essere utilizzata anche per trattare i milioni di galloni di acqua dolce utilizzati nella fratturazione idraulica e per aiutare a pulire l'acqua potabile.

I moderni metodi di produzione dell'olio separano il 95% dell'olio dall'acqua prodotta ma lasciano piccole goccioline di olio difficili da estrarre, che rende il trattamento e lo smaltimento delle acque più impegnativi e rischiosi per l'ambiente.

"Questa nuova tecnica è davvero mirata a rimuovere quel po' di olio in quell'acqua che deve essere rimossa prima di poterla considerare trattata, " ha detto Saebom Ko, un ricercatore associato presso il Dipartimento di Ingegneria del petrolio e dei geosistemi e autore principale dello studio. "Il vantaggio dell'impiego di nanoparticelle magnetiche è che le piccole goccioline di olio che si attaccano alle nanoparticelle vengono separate molto più rapidamente dall'acqua rispetto ai tradizionali processi di separazione fisica perché la forza magnetica può essere ordini di grandezza più grande della gravitazione".

Ko ha lavorato con un team che includeva il professore di ingegneria del petrolio e dei geosistemi Hugh Daigle, Il professore di ingegneria biomedica Thomas Milner e il ricercatore Chun Huh per progettare rivestimenti superficiali per nanoparticelle magnetiche che potrebbero essere utilizzate per la rimozione del petrolio. Hanno impiegato una tecnica, chiamata separazione magnetica ad alto gradiente, che è stato utilizzato nell'estrazione mineraria per rimuovere i metalli e nell'industria alimentare per rimuovere le particelle tossiche.

Il principale progresso del team è la progettazione di rivestimenti superficiali per nanoparticelle in grado di aderire alle goccioline di olio utilizzando la forza elettrostatica. Il team ha rivestito le nanoparticelle magnetiche con polimeri la cui carica superficiale è positiva. Le nanoparticelle magnetiche caricate positivamente si attaccano quindi alle goccioline di olio caricate negativamente attraverso la forza di attrazione elettrostatica, simile a come un panno che cattura la polvere raccoglie la polvere. Il processo, che richiede pochi secondi nei test di laboratorio, potrebbe anche avvenire al contrario. Se le sostanze bersaglio hanno cariche superficiali positive, le nanoparticelle magnetiche potrebbero essere rivestite con polimeri caricati negativamente per attirare il bersaglio.

"È un'idea semplice, "Stiamo sfruttando le proprietà magnetiche di queste nanoparticelle per farle aderire alle goccioline di olio e magnetizzare essenzialmente le goccioline di olio in modo che possano essere estratte con un magnete".

La facilità della tecnica e la flessibilità delle nanoparticelle magnetiche hanno motivato i ricercatori a considerare diverse applicazioni.

"Le applicazioni possono estendersi ben oltre il giacimento petrolifero perché, con un design di rivestimento superficiale appropriato, puoi prendere il tuo nucleo magnetico e rivestirlo con qualsiasi sostanza chimica tu scelga all'esterno per aderire al bersaglio ed estrarlo con un magnete, " disse Daigle.

I ricercatori hanno immaginato di progettare un metodo per utilizzare queste nanoparticelle per ripulire le fuoriuscite di petrolio nell'oceano. Stanno anche esplorando come le nanoparticelle magnetiche possono essere utilizzate per rimuovere il piombo e altri contaminanti dall'acqua potabile, con l'intenzione di testare le loro idee questa estate.

Per la produzione di petrolio e gas, il team prevede di sviluppare un sistema di trattamento in grado di gestire rapidamente un volume elevato di olio e acqua, che sarebbe cruciale per i siti di trivellazione petrolifera onshore e offshore.

"Stiamo attualmente sviluppando un processo di rigenerazione privo di sostanze chimiche per riutilizzare le nanoparticelle. Altri metodi di rigenerazione utilizzano sostanze chimiche per estrarre l'olio, con conseguente produzione di altri rifiuti pericolosi, " ha detto Ko. "Crediamo che riciclando e riutilizzando le nanoparticelle, potrebbe non solo ridurre i costi operativi, ma potrebbe essere un processo rispettoso dell'ambiente che riduce i rifiuti pericolosi".