Il petrolio greggio è materiale appiccicoso e spesso ostruisce le membrane dei filtri e altre apparecchiature utilizzate nell'industria petrolifera e del gas. Per affrontare questo problema, scienziati del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Argonne National Laboratory hanno sviluppato un nuovo approccio, che prolungherà la durata delle principali apparecchiature industriali.

La nuova invenzione consiste in un tipo di rivestimento che produce pellicole sottili di amante dell'acqua, molecole oleorepellenti sulla superficie delle membrane filtranti. Queste molecole di ossido di metallo si aggrappano a qualsiasi atomo d'acqua sciolto mentre resistono all'olio. Agli scienziati, queste proprietà gemelle sono note come idrofilia e oleofobicità.

"Uno dei modi migliori per pulire l'acqua oleosa è con le membrane, " ha detto Seth tesoro, Direttore dell'Istituto di Ingegneria Molecolare ad Argonne. "Il problema è che l'olio si attacca alla membrana e ostruisce i fori finché la membrana non smette di funzionare. Oggi, se le persone hanno una membrana sporca di olio, o lo sostituiscono o cercano di pulirlo con prodotti chimici aggressivi per lavare via l'olio."

Gli scienziati hanno usato un metodo chiamato deposizione di strati atomici, che utilizza vapori chimici per depositare un sottilissimo rivestimento di ossido metallico su tutte le superfici della membrana filtrante. Hanno sperimentato l'utilizzo di diversi ossidi metallici su membrane polimeriche commerciali per trovare quali funzionavano meglio. Il team ha pubblicato i risultati in ACS Nano il 14 agosto.

La deposizione dello strato atomico in sé non è nuova, ma non è mai stato usato in questo modo per modificare le membrane prima, ha detto tesoro.

"È una specie di tagliente, "Darling ha detto. "Il rivestimento è di pochi nanometri di spessore. Se il rivestimento fosse più spesso di questo, chiuderebbe i piccoli pori. Quello che vuoi è un cambiamento minimo della struttura dei pori, ma vuoi cambiare la chimica della sostanza che riveste quei pori."

Per creare questo livello in passato, le persone hanno cercato di attaccare le nanoparticelle a una membrana facendole scorrere attraverso di essa o facendole crescere su di essa. Ma le particelle tendono a essere strappate via mentre l'acqua scorre attraverso quei sistemi. La deposizione dello strato atomico è diversa perché il film di ossido metallico, in questo caso, forma forti legami chimici con il polimero a cui aderisce. Nel processo di deposizione dello strato atomico, la membrana è esposta a una sequenza di vapori che uniscono le molecole, formazione di legami covalenti con il polimero.

"Alcuni polimeri si legano più facilmente di altri, e alcuni respingono l'olio mentre altri no, " Darling ha detto del processo del suo gruppo che lavora con una varietà di ossidi metallici. "A questo punto, abbiamo un'idea abbastanza precisa di quali funzionano e perché."

L'ossido di stagno e l'ossido di titanio formavano i legami più stretti con le molecole d'acqua, catturandoli e sovrapponendoli sulla superficie.

"Quando l'olio entra in contatto con la membrana, rimarrà separato perché scorre sopra lo strato d'acqua, " disse Hao-Cheng Yang, un ricercatore post-dottorato che lavora al progetto.

Le membrane sporche possono essere una seccatura costosa per l'industria petrolifera e del gas. Ad esempio, quando le compagnie petrolifere sostituiscono i filtri intasati durante il processo di fratturazione idraulica, devono spegnere la loro attrezzatura per fare il cambiamento. Membrane resistenti all'olio come questa potrebbero ridurre significativamente la necessità di sostituire il filtro e i tempi di fermo che crea, disse John Harvey, Il dirigente dello sviluppo aziendale di Argonne si occupa della tecnologia.

"Solo dalla mia conoscenza del settore petrolifero e del gas, se potessimo realizzare una membrana che si comporta anche solo in minima parte rispetto a quanto visto nei test di laboratorio, sarà un miglioramento fenomenale rispetto a ciò che è disponibile ora. Ciò rappresenta un enorme risparmio, " disse Harvey.

Un altro problema del settore riguarda l'acqua utilizzata nel fracking, che spesso ritorna dalla terra con l'olio, sale e altri contaminanti presenti. L'acqua contaminata non può essere restituita al suolo se rappresenta una minaccia per le falde acquifere, quindi l'industria deve spesso trovare un altro modo per disfarsene.

Le membrane utilizzate ora possono rimuovere gli altri contaminanti, ma si sporcano d'olio. Il processo di deposizione dello strato atomico impedisce alle membrane di intasarsi per filtrare meglio l'acqua che le attraversa.

"Con questa tecnica, possono continuare a usare quell'acqua, "Ha detto Harvey. "Questo potrebbe essere un sostituto diretto per le unità di filtro che stanno usando oggi."

Il metodo potrebbe anche aiutare negli sforzi di pulizia delle fuoriuscite di petrolio. In una risposta alla fuoriuscita di petrolio, il gasolio viene utilizzato come detergente su tubazioni e contenitori, che lascia uno spreco di gasolio misto a olio e sporcizia. Ma le superfici dei tubi e dei contenitori trattate con gli ossidi potrebbero essere semplicemente risciacquate, notato tesoro.

Tesoro, che inventò anche l'Oleo Spugna, un materiale che può assorbire l'olio dall'acqua di mare, ha detto che pensa che le due tecnologie potrebbero essere utilizzate in concerto per future pulizie, e anche per una serie di cose a cui lui e i suoi colleghi scienziati probabilmente non hanno ancora pensato.

"Una cosa che ho imparato dall'Oleo Sponge è che non puoi immaginare tutte le possibili applicazioni all'inizio, " ha detto. "Abbiamo anticipato l'interesse delle compagnie petrolifere, ma abbiamo sentito parlare anche dell'industria cosmetica e dei produttori di articoli sportivi. Quindi sospetto che una volta uscito questo, le persone troveranno anche applicazioni che non avremmo mai immaginato."