Olie en water hebben de neiging om te scheiden, maar ze mengen goed genoeg om stabiele olie-in-water-emulsies te vormen in geproduceerd water uit oliereservoirs om een ​​probleem te worden. Wetenschappers van Rice University hebben een op nanodeeltjes gebaseerde oplossing ontwikkeld die op betrouwbare wijze meer dan 99 procent van de geëmulgeerde olie verwijdert die achterblijft nadat andere bewerkingen zijn uitgevoerd.

Het Rice-lab van chemisch ingenieur Sibani Lisa Biswal heeft een magnetische nanodeeltjesverbinding gemaakt die op efficiënte wijze druppeltjes ruwe olie scheidt van geproduceerd water dat met de huidige methoden moeilijk te verwijderen is gebleken.

Het onderzoek wordt gedetailleerd beschreven in een artikel in het tijdschrift Royal Society of Chemistry Milieuwetenschappen:wateronderzoek en -technologie .

Geproduceerd water komt samen met olie uit productiebronnen. Het bevat vaak chemicaliën en oppervlakteactieve stoffen die in een reservoir worden gepompt om olie uit kleine poriën of scheuren naar de oppervlakte te duwen, hetzij natuurlijk of gebroken, diep ondergrond. Onder druk en de aanwezigheid van zeepachtige oppervlakteactieve stoffen, een deel van de olie en het water vormen stabiele emulsies die zich helemaal aan het oppervlak hechten.

Hoewel er methoden bestaan ​​om de meeste olie uit de productiestroom te scheiden, ingenieurs bij Shell Global Solutions, die het project sponsorde, vertelde Biswal en haar team dat de laatste 5 procent van de olie de neiging heeft om hardnekkig geëmulgeerd te blijven met weinig kans om te worden teruggewonnen.

"Geïnjecteerde chemicaliën en natuurlijke oppervlakteactieve stoffen in ruwe olie kunnen vaak het olie-watergrensvlak chemisch stabiliseren, wat leidt tot kleine druppeltjes olie in het water die moeilijk te breken zijn, " zei Biswal, een universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering en materiaalkunde en nano-engineering.

De ervaring van het Rice lab met magnetische deeltjes en expertise in aminen, met dank aan voormalig postdoctoraal onderzoeker en hoofdauteur Qing Wang, bracht het ertoe om technieken te combineren. De onderzoekers voegden amines toe aan magnetische ijzernanodeeltjes. Aminen dragen een positieve lading die de nanodeeltjes helpt om negatief geladen oliedruppeltjes te vinden. Zodra ze dat doen, de nanodeeltjes binden de olie. Magneten zijn dan in staat om de druppeltjes en nanodeeltjes uit de oplossing te trekken.

"Het is vaak moeilijk om nanodeeltjes te ontwerpen die niet simpelweg aggregeren in de hoge zoutgehaltes die typisch worden aangetroffen in reservoirvloeistoffen, maar deze zijn vrij stabiel in het geproduceerde water, ' zei Biswal.

De verbeterde nanodeeltjes zijn getest op emulsies die in het laboratorium zijn gemaakt met zowel modelolie als ruwe olie.

In beide gevallen, onderzoekers stopten nanodeeltjes in de emulsies, die ze eenvoudig met de hand en machinaal schudden om de olie-waterbindingen te verbreken en binnen enkele minuten olie-nanodeeltjesbindingen te creëren. Een deel van de olie dreef naar boven, terwijl het plaatsen van de reageerbuis op een magneet de geïnfuseerde nanobuisjes naar de bodem trok, laat helder water ertussen.

Beste van alles, Biswal zei, de nanodeeltjes kunnen worden gewassen met een oplosmiddel en opnieuw worden gebruikt, terwijl de olie kan worden teruggewonnen. De onderzoekers hebben zes succesvolle laad-ontlaadcycli van hun verbinding beschreven en vermoeden dat het voor nog veel meer effectief zal blijven.

Ze zei dat haar laboratorium een ​​doorstroomreactor ontwerpt om geproduceerd water in bulk te verwerken en de nanodeeltjes automatisch te recyclen. Dat zou waardevol zijn voor de industrie en voor locaties zoals offshore-olieplatforms, waar behandeld water kon worden teruggevoerd naar de oceaan.