Es una frase popular que se usa para describir a las personas, cosas, e ideas que simplemente no se mezclan, "como el aceite y el agua". Excepto que no es del todo cierto. El aceite y el agua pueden mezclarse, y puede ser muy difícil separar completamente cuando se juntan. Piense en los derrames de petróleo ambientales o el tratamiento de aguas residuales, y rápidamente se da cuenta de que separar el aceite no deseado para restaurar el agua a un estado natural o puro puede ser una tarea monumental.

En un artículo de investigación publicado el 22 de marzo, el Día Mundial del Agua designado por las Naciones Unidas, los ingenieros y físicos de Tufts describen cómo idearon una membrana de bajo costo capaz de filtrar rápidamente aceite de agua y mezclas de aceite sin que la membrana se ensucie.

El avance de la ciencia de los materiales podría cambiar las reglas del juego en la batalla contra la contaminación. Es bien sabido que el agua contaminada con petróleo puede tener efectos nocivos a largo plazo sobre la vida silvestre y el medio ambiente. Las estrategias actuales para mitigar ese daño incluyen quemar el aceite en el lugar o usar dispositivos mecánicos, como auges, skimmers, o material absorbente, para ayudar a limpiar el desorden. En la práctica, estos métodos son costosos y poco efectivos, especialmente para limpiar grandes derrames de petróleo.

"La filtración es simple, método de tratamiento de agua energéticamente eficiente, y podría ser una forma eficaz de limpiar estos derrames de petróleo, "dijo Ayse Asatekin, profesor asistente de la Tufts School of Engineering y autor correspondiente del estudio, publicado en la revista ACS Applied Polymer Materials. "Una membrana de separación es relativamente barata y reutilizable, y la tecnología de limpieza ocupa un espacio reducido. A través de nuestra colaboración, Desarrollamos un material de filtro novedoso que puede hacer la separación y mantener un caudal alto sin ensuciarse por la acumulación de aceite ".

Afortunadamente, la naturaleza proporciona algunos ejemplos de materiales que interactúan de manera muy diferente con el agua y el aceite. "Toma la hoja de loto, por ejemplo, "dijo Ilin Sadeghi, estudiante de posgrado en ingeniería en el laboratorio de Asatekin y primer autor del estudio. "La superficie de la hoja es hidrofóbica, lo que significa que mantiene el agua alejada de forma tan eficaz que la hoja nunca se moja:el agua simplemente forma gotas en la superficie. Pero también es muy oleófilo:si colocamos un líquido orgánico como el aceite en la superficie, se propaga rápidamente por la hoja. Modelando sobre la naturaleza, podemos diseñar la química de la superficie y la morfología para hacer repelentes al agua, materiales filtrantes super oleofílicos ".

La hoja de loto logra su comportamiento dual con una combinación de una superficie química cerosa y una textura nanoestructurada en la superficie. La superficie texturizada atrapa el aire en pequeños bolsillos, dificultando que el agua entre en contacto con la hoja debido a la alta tensión superficial del agua, formando gotitas. La creación de una membrana de filtrado de aceite podría utilizar una combinación similar de química y textura de la superficie para separar el aceite del agua.

Junto con la profesora Peggy Cebe y la estudiante de posgrado Nelaka Govinna en el departamento de física y astronomía de Tufts, El equipo de investigación creó un material que combina la textura y la química repelente al agua mediante una técnica llamada electrohilado.

Govinna, quién fabricó las membranas de filtración, explica el electrohilado como una técnica que crea una corriente líquida de polímero cargada eléctricamente que emerge de una aguja muy estrecha. Como fluye de la aguja, el polímero se seca como un hilo fino y se deposita al azar en la superficie objetivo, creando un no tejido, red porosa de fibras.

El polímero que utilizaron fue una cadena química rodeada de átomos de flúor, que le confieren propiedades repelentes al agua, mientras que el tejido aleatorio atrapa el aire como la hoja de loto para ayudar a minimizar la penetración de agua. Por el contrario, Las sustancias oleosas y orgánicas fluyen sobre el polímero fluorado y a través de la membrana.

"Creamos este material de membrana mezclando una matriz de polímero común que se usa en los filtros (fluoruro de polivinilideno o PVDF) con un polímero funcional; lo llamamos PFDMA, ", dijo Cebe." Podemos cambiar el comportamiento de la membrana del filtro cambiando el polímero funcional ".

En este caso, el tipo de polímero funcional proporcionó a las membranas algunas propiedades ideales:el aceite y los productos químicos orgánicos corren rápidamente a través de la membrana, hasta diecisiete veces más rápido que la membrana de PVDF sin aditivo, mientras se retiene el agua.

Las membranas de PVDF-PFDMA que eliminan el aceite, que permiten el paso del aceite y los disolventes orgánicos, no se ensucie como suelen hacer las membranas de eliminación de agua, y, por lo tanto, podría aplicarse a largo plazo, aplicaciones a escala industrial. El uso de diferentes polímeros aditivos podría ajustar las propiedades del filtro para diferentes aplicaciones, desde limpiezas de derrames de petróleo hasta purificación de agua.