Un nuevo filtro producido por científicos de la Universidad de Rice ha demostrado ser capaz de eliminar más del 90 por ciento de los hidrocarburos. bacterias y partículas de agua contaminada producidas por operaciones de fracturación hidráulica (fracking) en pozos de gas y petróleo de esquisto.

El trabajo del químico de Rice Andrew Barron y sus colegas convierte una membrana de cerámica con poros a microescala en un filtro superhidrofílico que "esencialmente elimina" el problema común de las incrustaciones.

Los investigadores determinaron que una pasada a través de la membrana debería limpiar el agua contaminada lo suficiente para su reutilización en un pozo. reduciendo significativamente la cantidad que tiene que ser almacenada o transportada.

El trabajo se informa en el acceso abierto de Nature. Informes científicos .

Los filtros evitan que los hidrocarburos emulsionados pasen a través de los poros cargados iónicamente del material, que tienen aproximadamente una quinta parte de una micra de ancho, lo suficientemente pequeño como para que otros contaminantes no puedan pasar. La carga atrae una fina capa de agua que se adhiere a toda la superficie del filtro para repeler los glóbulos de aceite y otros hidrocarburos y evitar que se obstruyan.

Un pozo fracturado hidráulicamente usa más de 5 millones de galones de agua en promedio, de los cuales sólo se recupera del 10 al 15 por ciento durante la etapa de reflujo. "Esto hace que sea muy importante poder reutilizar esta agua, "Dijo Barron.

No todos los tipos de filtros eliminan de manera confiable todos los tipos de contaminantes, él dijo.

Las moléculas de hidrocarburos solubilizados se deslizan a través de microfiltros diseñados para eliminar las bacterias. Materia orgánica natural, como los azúcares de la goma guar que se utilizan para hacer que los fluidos del fracking sean más viscosos, requieren ultra o nanofiltración, pero esos se ensucian fácilmente, especialmente de hidrocarburos que se emulsionan en glóbulos. Un filtro de varias etapas que podría eliminar todos los contaminantes no es práctico debido al costo y la energía que consumiría.

"El agua de fractura y las aguas producidas representan un desafío importante a nivel técnico, "Dijo Barron." Si usa una membrana con poros lo suficientemente pequeños como para separarse, ellos ensucian, y esto inutiliza la membrana.

"En nuestro caso, el tratamiento superhidrófilo da como resultado un aumento del flujo (flujo) de agua a través de la membrana e inhibe el paso de cualquier material hidrófobo, como el aceite. La diferencia en la solubilidad de los contaminantes funciona para permitir la separación de moléculas que, en teoría, deberían pasar a través de la membrana ".

Barron y sus colegas utilizaron ácido cisteico para modificar la superficie de una membrana cerámica a base de alúmina, haciéndolo superhidrofílico, o extremadamente atraído por el agua. La superficie superhidrófila tiene un ángulo de contacto de 5 grados. (Un ángulo de contacto de 0 grados sería un charco).

El ácido cubría no solo la superficie sino también el interior de los poros, y eso evitaba que las partículas se adhirieran a ellos y ensuciaran el filtro.

En pruebas con reflujo de fracking o agua producida que contenía goma guar, la membrana de alumna mostró una lenta disminución inicial en el flujo, una medida del flujo de masa a través de un material, pero se estabilizó durante la duración de las pruebas de laboratorio. Las membranas no tratadas mostraron una disminución dramática en 18 horas.

Los investigadores teorizaron que la disminución inicial en el flujo a través de la cerámica se debió a la purga de aire de los poros. después de lo cual los poros superhidrófilos atraparon la fina capa de agua que evitó el ensuciamiento.

"Esta membrana no ensucia, para que dure, ", Dijo Barron." Requiere presiones operativas más bajas, por lo que necesita una bomba más pequeña que consuma menos electricidad. Y eso es mejor para el medio ambiente ".