El petróleo crudo es un material pegajoso y a menudo obstruye las membranas de los filtros y otros equipos utilizados en la industria del petróleo y el gas. Para abordar este problema, Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han desarrollado un enfoque novedoso, lo que prolongará la vida útil de los equipos industriales clave.

La nueva invención consiste en un tipo de revestimiento que produce películas delgadas de agua, moléculas que repelen el aceite en la superficie de las membranas de los filtros. Estas moléculas de óxido de metal se adhieren a los átomos de agua sueltos mientras resisten el aceite. Para los científicos, estas propiedades gemelas se conocen como hidrofilicidad y oleofobicidad.

"Una de las mejores formas de limpiar el agua aceitosa es con membranas, "dijo Seth Darling, Director del Instituto de Ingeniería Molecular de Argonne. "El problema es que el aceite se pega a la membrana y obstruye los orificios hasta que la membrana deja de funcionar. Hoy, si las personas tienen una membrana sucia de aceite, o lo reemplazan o intentan limpiarlo con productos químicos agresivos para eliminar el aceite ".

Los científicos utilizaron un método llamado deposición de capa atómica, que utiliza vapores químicos para depositar una capa muy fina de óxido metálico en todas las superficies de la membrana del filtro. Experimentaron usando diferentes óxidos metálicos en membranas de polímeros comerciales listas para usar para encontrar cuáles funcionaban mejor. El equipo publicó los resultados en ACS Nano el 14 de agosto.

La deposición de la capa atómica en sí misma no es nueva, pero nunca antes se había usado de esta manera para modificar membranas, Dijo Darling.

"Es una especie de vanguardia, "Dijo Darling." El recubrimiento tiene solo unos pocos nanómetros de espesor. Si el recubrimiento fuera más grueso que este, cerraría los poros minúsculos. Lo que desea es un cambio mínimo de la estructura de los poros, pero quieres cambiar la química de la sustancia que recubre esos poros ".

Para crear esta capa en el pasado, la gente intentaba unir nanopartículas a una membrana haciéndolas fluir a través de ella o haciéndolas crecer sobre ella. Pero las partículas tienden a desprenderse a medida que el agua fluye a través de esos sistemas. La deposición de la capa atómica es diferente porque la película de óxido metálico, en este caso, forma fuertes enlaces químicos con el polímero al que se adhiere. En el proceso de deposición de la capa atómica, la membrana está expuesta a una secuencia de vapores que unen moléculas, formando enlaces covalentes con el polímero.

"Algunos polímeros se unen más fácilmente que otros, y algunos repelen el aceite mientras que otros no, "Darling dijo sobre el proceso de su grupo trabajando con una variedad de óxidos metálicos". En este punto, tenemos una idea bastante clara de cuáles funcionan y por qué ".

El óxido de estaño y el óxido de titanio formaron los enlaces más estrechos con las moléculas de agua, capturándolos y colocándolos en capas sobre la superficie.

"Cuando el aceite entra en contacto con la membrana, permanecerá separado porque fluye sobre la capa de agua, "dijo Hao-Cheng Yang, un investigador postdoctoral que trabaja en el proyecto.

Las membranas sucias pueden ser una molestia costosa para la industria del petróleo y el gas. Por ejemplo, cuando las empresas petroleras reemplazan los filtros obstruidos durante el proceso de fracturación hidráulica, tienen que apagar sus equipos para hacer el cambio. Las membranas resistentes al aceite como esta podrían reducir significativamente la necesidad de reemplazar el filtro y el tiempo de inactividad que crea. dijo John Harvey, El ejecutivo de desarrollo comercial de Argonne maneja la tecnología.

"Solo por mi conocimiento del sector del petróleo y el gas, si pudiéramos hacer una membrana que se desempeñara incluso a una fracción de lo que hemos visto en las pruebas de laboratorio, será una mejora fenomenal con respecto a lo que está disponible ahora. Eso representa un gran ahorro, "dijo Harvey.

Otro problema en la industria involucra el agua utilizada en el fracking, que a menudo vuelve del suelo con aceite, sal y otros contaminantes presentes. El agua contaminada no puede devolverse al suelo si representa una amenaza para los acuíferos, por lo que la industria a menudo debe encontrar otra forma de deshacerse de él.

Las membranas utilizadas ahora pueden eliminar los otros contaminantes, pero el aceite las ensucia. El proceso de deposición de la capa atómica evita que las membranas se obstruyan para filtrar mejor el agua que pasa a través de ellas.

"Con esta técnica, pueden seguir usando esa agua, ", Dijo Harvey." Esto podría ser un reemplazo directo para las unidades de filtro que están usando hoy ".

El método también podría ayudar en los esfuerzos de limpieza de derrames de petróleo. En respuesta a un derrame de petróleo, El combustible diesel se utiliza como agente de limpieza en tuberías y contenedores. lo que deja un desperdicio de diesel mezclado con aceite y suciedad. Pero las superficies de tuberías y contenedores tratadas con los óxidos podrían simplemente enjuagarse, señaló Darling.

Querida, quien también inventó la esponja Oleo, un material que puede absorber el aceite del agua de mar, dijo que cree que las dos tecnologías podrían usarse en conjunto para futuras limpiezas, y también para una serie de cosas en las que él y sus colegas científicos probablemente aún no hayan pensado.

"Una cosa que aprendí de Oleo Sponge es que no se pueden imaginar todas las aplicaciones posibles al principio, ", dijo." Anticipamos el interés de las compañías petroleras, pero también hemos escuchado de la industria cosmética y de los fabricantes de artículos deportivos. Así que sospecho que una vez que esto salga a la luz, la gente también presentará aplicaciones que nunca imaginamos ".