Bij het oplossen van een wetenschappelijk mysterie, onderzoekers van de Universiteit van Houston en de nationale laboratoria van het land ontdekten ook een nieuwe manier om gifstoffen uit water te verwijderen, inclusief afvalwater geproduceerd door hydrofracturering.

De bevindingen, beschreven in een artikel dat deze week in de Proceedings van de National Academy of Sciences , gaan in op de paradox waarom het mineraal bariet - vaak vermengd met het chemische element strontium - wijdverbreid aanwezig is in zeewater.

Zeewater is onderverzadigd met betrekking tot bariet, dat is, de concentraties van barium- en sulfaationen zijn te laag om barietprecipitaten te vormen, zei Yandi Hu, assistent-professor civiele en milieutechniek aan de Universiteit van Houston en corresponderende auteur op het papier. Strontiumsulfaat is veel beter oplosbaar in water dan bariumsulfaat, dus thermodynamische niveaus van strontium in bariumsulfaatprecipitaten moeten laag zijn, ook, ze zei.

Maar bariet wordt vaak gevonden in zeewater, net als met strontium geregen bariet. Op basis van bevindingen ter plaatse dat de aanwezigheid van bariet en hoge strontiumgehalten in bariet geassocieerd zijn met de aanwezigheid van organisch materiaal, zij en collega's begonnen hun studie.

Naast Hu, co-auteurs voor het papier zijn onder meer Ning Deng en Bo Cao van UH; Andrew Stack en Julian Weber van het Oak Ridge National Laboratory; en James De Yoreo van het Pacific Northwest National Laboratory.

"Begrip van barietneerslag in de oceaan, die wereldwijd onderverzadigd is met betrekking tot bariet, ontbreekt, ' schreven ze. 'Bovendien, de reden voor het optreden van een hoger [strontium] gehalte in zeebarieten dan verwacht... blijft onbekend."

Veldgegevens suggereerden dat barietprecipitaten eerder in zeewater werden gevonden als organisch materiaal in de buurt was, hoewel de onderzoekers zeiden dat het specifieke mechanisme voor mineraal-organische interacties niet duidelijk is.

Om beter te begrijpen waarom, ze gebruikten organische films in zowel onderverzadigde als oververzadigde oplossingen en registreerden barietkiemvorming. Uit tests bleek dat bariet snel groeide in de oplossing, met continue kiemvorming van bariet op het grensvlak tussen de oplossing en de organische film.

Die interface schept voorwaarden - een micro-omgeving - die verschillen van die van het hoofdgedeelte van de oplossing, zei Hu.

"De organische stoffen kunnen ionen uit de bulkoplossing verrijken, de lokale oplossing op het grensvlak oververzadigd maken met betrekking tot bariet, zelfs wanneer de bulkoplossing onderverzadigd was, " zei Hu.

De oververzadiging langs de organische film bevorderde daar de continue kiemvorming van bariet, terwijl het feit dat het strontiumsulfaat een lagere kiemvormingsenergie vertoonde de opname van strontium in de precipitaten veroorzaakte, ze zei. 'Dat verklaart de mysteries.'

Naast het bieden van een verklaring voor de vorming van strontiumrijke bariet in mariene omgevingen, de onderzoekers zeiden dat het werk nieuwe inzichten biedt voor het begrijpen en manipuleren van solide oplossingsnucleatie en groei, wat zou kunnen leiden tot nieuwe methoden voor het verwijderen van gifstoffen uit water en andere vloeistoffen. Dat omvat de mogelijkheid van een efficiëntere manier om strontium te verwijderen uit het geproduceerde water als gevolg van hydrofracturering, zei Hu.

Ze zei dat zowel bariet als strontium vaak worden aangetroffen in het geproduceerde water; terwijl het relatief eenvoudig is om bariet te verwijderen door toevoeging van een sulfaat, het verwijderen van strontium is ingewikkelder. "We stellen voor dat met een organische aanwezigheid, u kunt strontium effectiever verwijderen, "