Cuando el aceite se mezcla o entra en el agua, Los métodos convencionales para limpiar el agua y eliminar el aceite pueden ser un desafío. caro y riesgoso para el medio ambiente. Pero los investigadores de la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin creen que pueden haber desarrollado un método mejor.

En un estudio publicado esta primavera en el Revista de investigación de nanopartículas , los investigadores utilizaron nanopartículas magnéticas para separar el aceite del agua mediante un proceso simple que se basa en la fuerza electrostática y un imán. Los ingenieros creen que su nueva técnica podría mejorar el tratamiento del agua para la producción de petróleo y gas. Limpiar de manera más eficiente los derrames de petróleo y eliminar potencialmente el plomo del agua potable.

Hoy dia, nanopartículas, que son partículas diminutas que pueden recubrirse con diferentes productos químicos como polímeros, se utilizan en una amplia variedad de áreas e industrias, incluida la medicina, energía y electrónica. La versatilidad de las nanopartículas inspiró al equipo de UT Austin a explorar cómo se podrían aplicar las partículas a la producción de petróleo para disminuir su huella ambiental y aumentar la eficiencia tanto en la perforación en tierra como en alta mar. Creen que su técnica también podría usarse para tratar los millones de galones de agua dulce que se usan en la fracturación hidráulica y para ayudar a limpiar el agua potable.

Los métodos modernos de producción de aceite separan el 95 por ciento del aceite del agua producida, pero dejan pequeñas gotas de aceite que son difíciles de extraer. lo que hace que el tratamiento y la eliminación del agua sean más desafiantes y riesgosos para el medio ambiente.

"Esta nueva técnica está realmente dirigida a eliminar ese poquito de aceite en esa agua que debe eliminarse antes de que pueda considerarla tratada, "dijo Saebom Ko, investigador asociado en el Departamento de Ingeniería de Petróleo y Geosistemas y autor principal del estudio. "La ventaja de emplear nanopartículas magnéticas es que las pequeñas gotas de aceite que se adhieren a las nanopartículas se separan mucho más rápidamente del agua que los procesos tradicionales de separación física porque la fuerza magnética puede ser órdenes de magnitud mayor que la gravitación".

Ko trabajó con un equipo que incluía al profesor de ingeniería de geosistemas y petróleo Hugh Daigle, El profesor de ingeniería biomédica Thomas Milner y el investigador Chun Huh diseñaron recubrimientos superficiales para nanopartículas magnéticas que podrían usarse para la eliminación de aceite. Emplearon una técnica, llamada separación magnética de alto gradiente, que se ha utilizado en la minería para eliminar metales y en la industria alimentaria para eliminar partículas tóxicas.

El principal avance del equipo es el diseño de recubrimientos superficiales para nanopartículas que pueden adherirse a las gotas de aceite mediante fuerza electrostática. El equipo cubrió las nanopartículas magnéticas con polímeros cuya carga superficial es positiva. Las nanopartículas magnéticas cargadas positivamente luego se adhieren a las gotas de aceite cargadas negativamente a través de una fuerza de atracción electrostática, similar a cómo un paño que atrapa el polvo recoge el polvo. El proceso, que tarda unos segundos en las pruebas de laboratorio, también podría suceder a la inversa. Si las sustancias objetivo tienen cargas superficiales positivas, las nanopartículas magnéticas podrían recubrirse con polímeros cargados negativamente para atraer al objetivo.

"Es una idea simple, "Estamos aprovechando las propiedades magnéticas de estas nanopartículas para hacer que se adhieran a las gotas de aceite y esencialmente magneticen las gotas de aceite para que puedan extraerse con un imán", dijo Daigle.

La facilidad de la técnica y la flexibilidad de las nanopartículas magnéticas han motivado a los investigadores a considerar diferentes aplicaciones.

"Las aplicaciones pueden extenderse mucho más allá del campo petrolero porque, con un diseño de revestimiento de superficie adecuado, puede tomar su núcleo magnético y cubrirlo con cualquier químico que elija en el exterior para pegarlo al objetivo y sacarlo con un imán, "Dijo Daigle.

Los investigadores han previsto diseñar un método para usar estas nanopartículas para limpiar los derrames de petróleo en el océano. También están explorando cómo se pueden utilizar las nanopartículas magnéticas para eliminar el plomo y otros contaminantes del agua potable. con planes de probar sus ideas este verano.

Para la producción de petróleo y gas, el equipo planea desarrollar un sistema de tratamiento que tenga la capacidad de manejar rápidamente un gran volumen de aceite y agua, lo que sería crucial para los sitios de perforación petrolera en tierra y en alta mar.

"Actualmente estamos desarrollando un proceso de regeneración libre de químicos para reutilizar nanopartículas. Otros métodos de regeneración usan químicos para extraer el aceite, dando lugar a la producción de otros residuos peligrosos, ", Dijo Ko." Creemos que al reciclar y reutilizar nanopartículas, no solo podría reducir los costos operativos, pero podría ser un proceso respetuoso con el medio ambiente que reduzca los residuos peligrosos ".