Wanneer olie zich vermengt met of in water terechtkomt, conventionele methoden om het water te reinigen en de olie te verwijderen, kunnen een uitdaging zijn, duur en risicovol voor het milieu. Maar onderzoekers van de Cockrell School of Engineering aan de Universiteit van Texas in Austin denken dat ze misschien een betere methode hebben ontwikkeld.

In een studie die dit voorjaar in de Tijdschrift voor onderzoek naar nanodeeltjes , de onderzoekers gebruikten magnetische nanodeeltjes om olie van water te scheiden via een eenvoudig proces dat afhankelijk is van elektrostatische kracht en een magneet. De ingenieurs geloven dat hun nieuwe techniek de waterbehandeling voor olie- en gasproductie kan verbeteren, olielekkages efficiënter op te ruimen en mogelijk lood uit drinkwater te verwijderen.

Vandaag, nanodeeltjes, dat zijn kleine deeltjes die kunnen worden gecoat met verschillende chemicaliën zoals polymeren, worden gebruikt in een breed scala van gebieden en industrieën, waaronder geneeskunde, energie en elektronica. De veelzijdigheid van nanodeeltjes inspireerde het UT Austin-team om te onderzoeken hoe de deeltjes kunnen worden toegepast op olieproductie om de ecologische voetafdruk te verkleinen en de efficiëntie bij zowel onshore- als offshore-boringen te vergroten. Ze geloven dat hun techniek ook kan worden gebruikt om de miljoenen liters zoet water die worden gebruikt bij hydrofracturering te behandelen en om drinkwater te helpen schoon te maken.

Moderne olieproductiemethoden scheiden 95 procent van de olie van het geproduceerde water, maar laten kleine oliedruppeltjes achter die moeilijk te extraheren zijn, waardoor waterbehandeling en -verwijdering uitdagender en milieugevaarlijker worden.

"Deze nieuwe techniek is er echt op gericht om dat kleine beetje olie in dat water te verwijderen dat moet worden verwijderd voordat je het als behandeld kunt beschouwen, " zei Saebom Ko, een onderzoeksmedewerker bij de afdeling Petroleum en Geosystems Engineering en hoofdauteur van het onderzoek. "Het voordeel van het gebruik van magnetische nanodeeltjes is dat de kleine oliedruppeltjes die zich hechten aan de nanodeeltjes veel sneller van water worden gescheiden dan traditionele fysieke scheidingsprocessen, omdat magnetische kracht orden van grootte groter kan zijn dan zwaartekracht."

Ko werkte met een team waaronder professor in aardolie- en geosysteemtechniek Hugh Daigle, hoogleraar biomedische technologie Thomas Milner en onderzoeker Chun Huh om oppervlaktecoatings te ontwerpen voor magnetische nanodeeltjes die kunnen worden gebruikt voor het verwijderen van olie. Ze gebruikten een techniek, genaamd hoge gradiënt magnetische scheiding, dat is gebruikt in de mijnbouw om metalen te verwijderen en in de voedingsindustrie om giftige deeltjes te verwijderen.

De belangrijkste vooruitgang van het team is het ontwerpen van oppervlaktecoatings voor nanodeeltjes die met behulp van elektrostatische kracht aan oliedruppels kunnen hechten. Het team bekleedde de magnetische nanodeeltjes met polymeren waarvan de oppervlaktelading positief is. De positief geladen magnetische nanodeeltjes hechten zich vervolgens vast aan de negatief geladen oliedruppeltjes door middel van elektrostatische aantrekkingskracht, vergelijkbaar met hoe een stofvangdoek stof opzuigt. Het proces - dat in laboratoriumtests seconden duurt - kan ook omgekeerd plaatsvinden. Als de doelstoffen positieve oppervlakteladingen hebben, de magnetische nanodeeltjes kunnen worden gecoat met negatief geladen polymeren om het doelwit aan te trekken.

"Het is een simpel idee, " zei Daigle. "We maken gebruik van de magnetische eigenschappen van deze nanodeeltjes om ze aan de oliedruppeltjes te laten kleven en de oliedruppeltjes in wezen te magnetiseren zodat ze met een magneet eruit kunnen worden getrokken."

Het gemak van de techniek en de flexibiliteit van magnetische nanodeeltjes hebben de onderzoekers gemotiveerd om verschillende toepassingen te overwegen.

"De toepassingen kunnen tot ver buiten het olieveld reiken omdat, met een geschikt oppervlaktecoatingontwerp, je kunt je magnetische kern nemen en deze aan de buitenkant bedekken met welke chemische stof je ook kiest om aan het doelwit te blijven plakken en het eruit te trekken met een magneet, ' zei Daigle.

De onderzoekers hebben een methode bedacht om deze nanodeeltjes te gebruiken om olielozingen in de oceaan op te ruimen. Ze onderzoeken ook hoe magnetische nanodeeltjes kunnen worden gebruikt om lood en andere verontreinigingen uit drinkwater te verwijderen, met plannen om hun ideeën deze zomer te testen.

Voor de productie van olie en gas, het team is van plan een behandelingssysteem te ontwikkelen dat de capaciteit heeft om snel een grote hoeveelheid olie en water te verwerken, wat cruciaal zou zijn voor onshore en offshore olieboorlocaties.

"We ontwikkelen momenteel een regeneratieproces zonder chemicaliën om nanodeeltjes opnieuw te gebruiken. Andere regeneratiemethoden gebruiken chemicaliën om de olie te extraheren, resulterend in de productie van ander gevaarlijk afval, Ko zei. "Wij geloven dat door het recyclen en hergebruiken van nanodeeltjes, het kon niet alleen de operationele kosten verlagen, maar het kan een milieuvriendelijk proces zijn dat gevaarlijk afval vermindert."