Een nieuw filter, geproduceerd door wetenschappers van Rice University, heeft bewezen meer dan 90 procent van de koolwaterstoffen te kunnen verwijderen. bacteriën en deeltjes uit verontreinigd water geproduceerd door hydrofracturering (fracking) operaties bij schalieolie- en gasbronnen.

Het werk van Rice-chemicus Andrew Barron en zijn collega's verandert een keramisch membraan met poriën op microschaal in een superhydrofiel filter dat het veelvoorkomende probleem van vervuiling "in wezen elimineert".

De onderzoekers stelden vast dat één doorgang door het membraan verontreinigd water voldoende zou moeten reinigen voor hergebruik in een put, aanzienlijk verminderen van de hoeveelheid die moet worden opgeslagen of vervoerd.

Het werk is gerapporteerd in Nature's open access Wetenschappelijke rapporten .

De filters voorkomen dat geëmulgeerde koolwaterstoffen door de ionisch geladen poriën van het materiaal gaan, die ongeveer een vijfde van een micron breed zijn, klein genoeg dat andere verontreinigingen er niet doorheen kunnen. De lading trekt een dunne laag water aan die zich aan het gehele oppervlak van het filter hecht om oliebolletjes en andere koolwaterstoffen af ​​te weren en te voorkomen dat het verstopt raakt.

Een hydraulisch gebroken put verbruikt gemiddeld meer dan 5 miljoen gallons water, waarvan slechts 10 tot 15 procent wordt teruggewonnen tijdens de terugstroomfase. “Daardoor is het heel belangrijk om dit water te kunnen hergebruiken, ' zei Barron.

Niet elk type filter verwijdert op betrouwbare wijze elk type verontreiniging, hij zei.

Opgeloste koolwaterstofmoleculen glijden dwars door microfilters die zijn ontworpen om bacteriën te verwijderen. natuurlijke organische stof, zoals suikers uit guargom die worden gebruikt om frackvloeistoffen stroperiger te maken, vereisen ultra- of nanofiltratie, maar die vervuilen gemakkelijk, vooral van koolwaterstoffen die emulgeren tot bolletjes. Een meertrapsfilter dat alle verontreinigingen zou kunnen verwijderen, is niet praktisch vanwege de kosten en de energie die het zou verbruiken.

"Frac-water en geproduceerd water vormen een grote uitdaging op technisch niveau, "Zei Barron. "Als je een membraan gebruikt met poriën die klein genoeg zijn om te scheiden, zij bevuilen, en dit maakt het membraan onbruikbaar.

"In ons geval, de superhydrofiele behandeling resulteert in een verhoogde flux (stroom) van water door het membraan en voorkomt dat hydrofoob materiaal - zoals olie - er doorheen gaat. Het verschil in oplosbaarheid van de verontreinigingen zorgt dus voor scheiding van moleculen die in theorie door het membraan zouden moeten gaan."

Barron en zijn collega's gebruikten cysteïnezuur om het oppervlak van een op aluminiumoxide gebaseerd keramisch membraan te modificeren, waardoor het superhydrofiel wordt, of extreem aangetrokken tot water. Het superhydrofiele oppervlak heeft een contacthoek van 5 graden. (Een contacthoek van 0 graden zou een plas zijn.)

Het zuur bedekte niet alleen het oppervlak, maar ook de binnenkant van de poriën, en dat zorgde ervoor dat deeltjes er niet aan bleven plakken en het filter vervuilen.

In tests met fracking-flowback of geproduceerd water dat guargom bevatte, het alumnamembraan vertoonde een langzame aanvankelijke afname van de flux - een maat voor de massastroom door een materiaal - maar het stabiliseerde gedurende de duur van laboratoriumtests. Onbehandelde membranen vertoonden binnen 18 uur een dramatische afname.

De onderzoekers theoretiseerden dat de aanvankelijke afname van de stroom door het keramiek te wijten was aan het zuiveren van lucht uit de poriën, waarna de superhydrofiele poriën het dunne laagje water opsloten dat vervuiling tegenging.

"Dit membraan bevuilt niet, dus het duurt, "Zei Barron. "Het vereist een lagere werkdruk, je hebt dus een kleinere pomp nodig die minder stroom verbruikt. En dat is allemaal beter voor het milieu."