Boren en fracken naar olie onder de zeebodem produceert elk jaar 100 miljard vaten met olie verontreinigd afvalwater door kleine oliedruppeltjes in het omringende water af te geven.

De meeste inspanningen om olie uit water te verwijderen, zijn gericht op het verwijderen van grote olievlekken van industriële lozingen, maar deze zijn niet geschikt voor het verwijderen van kleine druppeltjes. In plaats daarvan, wetenschappers zoeken naar nieuwe manieren om het water schoon te maken.

Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van de University of Toronto (U of T) en Imperial College London hebben een spons ontwikkeld die binnen tien minuten meer dan 90 procent van de olie-microdruppeltjes uit het afvalwater verwijdert.

Na het opvangen van olie uit afvalwater, de spons kan worden behandeld met een oplosmiddel, waardoor de olie uit de spons komt. De olie kan dan worden gerecycled; de spons, klaar om opnieuw te worden gebruikt.

De spons verbetert een eerder concept:hoofdauteur Dr. Pavani Cherukupally, nu van Imperial's Department of Chemical Engineering, had tijdens haar Ph.D. een vroege versie van de spons ontwikkeld. aan de U of T. Hoewel de vorige spons meer dan 95 procent van de olie in de geteste monsters verwijderde, het duurde drie uur om dat te doen - veel langer dan nuttig zou zijn in de industrie.

Zuurgraad en alkaliteit vormden ook een probleem, omdat de pH van verontreinigd afvalwater dicteerde hoe goed de spons werkte. Dr. Cherukupally zei:"De optimale pH voor ons systeem was 5,6, maar echt afvalwater kan in pH variëren van vier tot tien. Toen we naar de top van die schaal kwamen, we zagen de olieverwijdering aanzienlijk afnemen, tot slechts zes of zeven procent."

Nutsvoorzieningen, Dr. Cherukupally, samen met U of T en Imperial academici, heeft de spons chemisch gemodificeerd om van potentieel nut te zijn voor de industrie. De nieuwe spons werkt sneller, en over een veel groter pH-bereik dan de vorige versie.

De resultaten worden vandaag gepubliceerd in Natuur Duurzaamheid .

Sponsachtige geheimen

Om de originele spons te maken, Dr. Cherukupally gebruikte gewoon polyurethaanschuim - vergelijkbaar met dat in bankkussens - om kleine oliedruppeltjes van afvalwater te scheiden. Het team heeft de poriegrootte zorgvuldig aangepast, oppervlaktechemie, en oppervlakte, om een ​​spons te creëren die oliedruppels aantrekt en vangt - een proces dat bekend staat als 'adsorptie' - terwijl er water doorheen stroomt.

Om de eigenschappen van de spons in de nieuwe studie te verbeteren, Het team van Dr. Cherukupally werkte samen met U of T-chemici om kleine deeltjes van een materiaal dat bekend staat als nanokristallijn silicium aan de schuimoppervlakken toe te voegen. Ze zouden dan het oppervlak en de oppervlaktechemie van de spons beter kunnen controleren, het verbeteren van het vermogen om oliedruppels op te vangen en vast te houden - een concept dat bekend staat als kritische oppervlakte-energie.

Na gebruik, de spons kan uit het water worden gehaald en met een oplosmiddel worden behandeld, het vrijgeven van de olie van het oppervlak.

Dr. Cherukupally zei:"Het kritische oppervlakte-energieconcept komt uit de wereld van biofoulingonderzoek - proberen te voorkomen dat micro-organismen en wezens zoals zeepokken zich hechten aan oppervlakken zoals scheepsrompen.

"Normaal gesproken, je kritische oppervlakte-energie binnen een bepaald bereik wilt houden om hechting te voorkomen, maar in ons geval we hebben het gemanipuleerd om ervoor te zorgen dat druppeltjes zich stevig vastklampen.

"Het draait allemaal om het strategisch selecteren van de kenmerken van de poriën en hun oppervlakken. Commerciële sponzen hebben al kleine poriën om kleine druppeltjes op te vangen. Polyurethaansponzen zijn gemaakt van petrochemicaliën, dus ze hebben al chemische groepen waardoor ze goed zijn in het opvangen van druppeltjes.

"Het probleem was dat we minder chemische groepen hadden dan nodig was om alle druppeltjes op te vangen. Daarom werkte ik samen met U of T-chemici om het aantal chemische groepen te vergroten, en met Imperial's Professor Daryl Williams om de juiste hoeveelheid coating te krijgen."

Olie opruimen

Co-auteur professor Amy Bilton van U of T zei:"De huidige strategieën voor het opruimen van olievlekken zijn gericht op de drijvende olievlek, maar ze missen de microdruppeltjes die zich in het water vormen."

"Hoewel onze spons is ontworpen voor industrieel afvalwater, door het aan te passen aan zoetwater- of mariene omstandigheden kan de milieuverontreiniging door toekomstige lozingen worden verminderd."

Dr. Cherukupally zal de prestaties van de spons voor olietoepassingen blijven verbeteren en heeft samengewerkt met Dr. Huw Williams van het Imperial's Department of Life Sciences om te onderzoeken hoe de sponzen bacteriën uit zout water kunnen verwijderen.

Ze wil de sponzen ook gebruiken om vervuiling door gas te behandelen, mijnbouw, en textielindustrieën, en wil de technologie betaalbaar maken voor gebruik in ontwikkelingslanden - voornamelijk om vervuilde rivieren te ontdoen van organische stoffen, zware metalen, en pathogenen.