El aceite y el agua tienden a separarse, pero se mezclan lo suficientemente bien como para formar emulsiones estables de aceite en agua en el agua producida de los depósitos de petróleo y convertirse en un problema. Los científicos de la Universidad de Rice han desarrollado una solución a base de nanopartículas que elimina de manera confiable más del 99 por ciento del aceite emulsionado que queda después de que se realiza otro procesamiento.

El laboratorio de Rice de la ingeniera química Sibani Lisa Biswal fabricó un compuesto de nanopartículas magnéticas que separa de manera eficiente las gotas de petróleo crudo del agua producida que han demostrado ser difíciles de eliminar con los métodos actuales.

La investigación se detalla en un artículo publicado en la revista Royal Society of Chemistry. Ciencias ambientales:investigación y tecnología del agua .

El agua producida proviene de pozos de producción junto con el petróleo. A menudo incluye productos químicos y tensioactivos que se bombean a un depósito para empujar el aceite a la superficie desde pequeños poros o grietas. ya sea natural o fracturado, profundo bajo tierra. Bajo presión y presencia de tensioactivos jabonosos, parte del aceite y el agua forman emulsiones estables que se adhieren entre sí hasta la superficie.

Si bien existen métodos para separar la mayor parte del aceite del flujo de producción, ingenieros de Shell Global Solutions, que patrocinó el proyecto, le dijo a Biswal y su equipo que el último 5 por ciento del aceite tiende a permanecer tercamente emulsionado con pocas posibilidades de ser recuperado.

"Los productos químicos inyectados y los tensioactivos naturales en el petróleo crudo a menudo pueden estabilizar químicamente la interfaz agua-aceite, dando lugar a pequeñas gotas de aceite en el agua que son difíciles de romper, "dijo Biswal, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería.

La experiencia del laboratorio Rice con partículas magnéticas y su pericia en aminas, cortesía del ex investigador postdoctoral y autor principal Qing Wang, lo llevó a combinar técnicas. Los investigadores agregaron aminas a las nanopartículas magnéticas de hierro. Las aminas tienen una carga positiva que ayuda a las nanopartículas a encontrar gotas de aceite cargadas negativamente. Una vez que lo hacen, las nanopartículas se unen al aceite. Luego, los imanes pueden extraer las gotas y nanopartículas de la solución.

"A menudo es difícil diseñar nanopartículas que no se agreguen simplemente en las altas salinidades que se encuentran típicamente en los fluidos de los yacimientos, pero estos son bastante estables en el agua producida, "Dijo Biswal.

Las nanopartículas mejoradas se probaron en emulsiones hechas en el laboratorio con aceite modelo y crudo.

En ambos casos, los investigadores insertaron nanopartículas en las emulsiones, que simplemente agitaron a mano y a máquina para romper los enlaces aceite-agua y crear enlaces aceite-nanopartículas en cuestión de minutos. Algo del aceite flotó hasta la cima, mientras colocaba el tubo de ensayo en un imán tiraba de los nanotubos infundidos hacia el fondo, dejando agua limpia en el medio.

Mejor de todo, Biswal dijo:las nanopartículas se pueden lavar con un disolvente y reutilizar mientras se puede recuperar el aceite. Los investigadores detallaron seis ciclos exitosos de carga y descarga de su compuesto y sospechan que seguirá siendo efectivo durante muchos más.

Dijo que su laboratorio está diseñando un reactor de flujo continuo para procesar el agua producida a granel y reciclar automáticamente las nanopartículas. Eso sería valioso para la industria y para sitios como plataformas petrolíferas en alta mar, donde el agua tratada podría devolverse al océano.