La perforación y el fracking en busca de petróleo debajo del lecho marino producen 100 mil millones de barriles de aguas residuales contaminadas con petróleo cada año al liberar pequeñas gotas de petróleo en el agua circundante.

La mayoría de los esfuerzos para eliminar el petróleo del agua se centran en eliminar grandes manchas de petróleo de los derrames industriales, pero no son adecuados para eliminar pequeñas gotas. En lugar de, los científicos están buscando nuevas formas de limpiar el agua.

Ahora, Investigadores de la Universidad de Toronto (U of T) y el Imperial College de Londres han desarrollado una esponja que elimina más del 90 por ciento de las microgotas de aceite de las aguas residuales en diez minutos.

Después de capturar el aceite de las aguas residuales, la esponja se puede tratar con un disolvente, que libera el aceite de la esponja. Luego, el aceite se puede reciclar; la esponja, listo para ser utilizado de nuevo.

La esponja mejora un concepto anterior:el autor principal, el Dr. Pavani Cherukupally, ahora del Departamento de Ingeniería Química de Imperial, había desarrollado una versión inicial de la esponja durante su doctorado. en la U de T. Aunque la esponja anterior eliminó más del 95 por ciento del aceite en las muestras analizadas, tomó tres horas hacerlo, mucho más de lo que sería útil en la industria.

La acidez y la alcalinidad también presentaron un problema, ya que el pH de las aguas residuales contaminadas dictaba qué tan bien funcionaba la esponja. El Dr. Cherukupally dijo:"El pH óptimo para nuestro sistema era 5.6, pero el pH de las aguas residuales de la vida real puede oscilar entre cuatro y diez. A medida que nos acercamos a la cima de esa escala, vimos que la remoción de aceite se redujo significativamente, hasta sólo el seis o el siete por ciento ".

Ahora, Dr. Cherukupally, junto con académicos de la U of T e Imperial, ha modificado químicamente la esponja para que sea de uso potencial para la industria. La nueva esponja funciona más rápido, y en un rango de pH mucho más amplio que la versión anterior.

Los resultados se publican hoy en Sostenibilidad de la naturaleza .

Secretos de Spongey

Para crear la esponja original, El Dr. Cherukupally usó espumas de poliuretano ordinarias, similares a las que se encuentran en los cojines de los sofás, para separar pequeñas gotas de aceite de las aguas residuales. El equipo ajustó cuidadosamente el tamaño de los poros, química de superficie, y superficie, para crear una esponja que atraiga y capture las gotas de aceite, un proceso conocido como "adsorción", mientras deja que el agua fluya.

Para mejorar las propiedades de la esponja en el nuevo estudio, El equipo del Dr. Cherukupally trabajó con químicos de la Universidad de Texas para agregar partículas diminutas de un material conocido como silicio nanocristalino a las superficies de la espuma. Entonces podrían controlar mejor el área de la superficie de la esponja y la química de la superficie, mejorando su capacidad para capturar y retener gotas de petróleo, un concepto conocido como energía superficial crítica.

Después de su uso, la esponja se puede sacar del agua y tratar con un disolvente, liberando el aceite de su superficie.

El Dr. Cherukupally dijo:"El concepto de energía de superficie crítica proviene del mundo de la investigación de bioincrustaciones, tratando de evitar que microorganismos y criaturas como percebes se adhieran a superficies como cascos de barcos.

"Normalmente, desea mantener la energía superficial crítica en un cierto rango para evitar el apego, pero en nuestro caso, lo manipulamos para que las gotas se adhirieran con fuerza.

"Se trata de seleccionar estratégicamente las características de los poros y sus superficies. Las esponjas comerciales ya tienen poros diminutos para capturar gotitas diminutas. Las esponjas de poliuretano están hechas de productos petroquímicos, por lo que ya han tenido grupos químicos que los hacen buenos para capturar gotitas.

"El problema era que teníamos menos grupos químicos de los necesarios para capturar todas las gotitas. Por lo tanto, trabajé con químicos de la U de T para aumentar el número de grupos químicos, y con el profesor Daryl Williams de Imperial para obtener la cantidad adecuada de recubrimiento ".

Limpieza de aceite

La coautora, la profesora Amy Bilton de la Universidad de Texas, dijo:"Las estrategias actuales para la limpieza de derrames de petróleo se centran en la mancha de petróleo flotante, pero pierden las microgotas que se forman en el agua ".

"Aunque nuestra esponja fue diseñada para aguas residuales industriales, adaptarlo a las condiciones marinas o de agua dulce podría ayudar a reducir la contaminación ambiental de futuros derrames ".

El Dr. Cherukupally continuará mejorando el rendimiento de la esponja para aplicaciones de aceite y se ha asociado con el Dr. Huw Williams en el Departamento de Ciencias de la Vida de Imperial para investigar cómo las esponjas podrían eliminar las bacterias del agua salada.

Ella también quiere usar las esponjas para tratar la contaminación del gas, minería, e industrias textiles, y quiere que la tecnología sea asequible para su uso en los países en desarrollo, principalmente para eliminar los ríos contaminados de materia orgánica, metales pesados, y patógenos.