Ruwe olie is plakkerig spul en verstopt vaak filtermembranen en andere apparatuur die in de olie- en gasindustrie wordt gebruikt. Om dit probleem aan te pakken, wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben een nieuwe benadering ontwikkeld, die de levensduur van belangrijke industriële apparatuur verlengt.

De nieuwe uitvinding bestaat uit een soort coating die dunne films van waterminnende, olieafstotende moleculen op het oppervlak van filtermembranen. Deze metaaloxidemoleculen grijpen naar losse wateratomen terwijl ze olie weerstaan. Aan wetenschappers, deze tweelingeigenschappen staan ​​bekend als hydrofiliciteit en oleofobiciteit.

"Een van de beste manieren om olieachtig water te reinigen is met membranen, " zei Seth Darling, Directeur van het Institute for Molecular Engineering in Argonne. "Het probleem is dat de olie aan het membraan blijft kleven en de gaten verstopt totdat het membraan niet meer werkt. als mensen een met olie vervuild membraan hebben, of ze vervangen het of ze proberen het schoon te maken met agressieve chemicaliën om de olie weg te spoelen."

De wetenschappers gebruikten een methode die atomaire laagafzetting wordt genoemd, die chemische dampen gebruikt om een ​​zeer dunne laag metaaloxide af te zetten op alle oppervlakken van het filtermembraan. Ze experimenteerden met verschillende metaaloxiden op kant-en-klare commerciële polymeermembranen om te ontdekken welke het beste werkten. Het team publiceerde de resultaten in ACS Nano op 14 augustus.

Atomaire laagafzetting zelf is niet nieuw, maar het is nog nooit op deze manier gebruikt om membranen te modificeren, zei schat.

"Het is een soort van cutting edge, ' zei Darling. 'De coating is maar een paar nanometer dik. Als de coating dikker was dan dit, het zou de kleine poriën afsluiten. Wat je wilt is een minimale verandering van de poriestructuur, maar je wilt de chemie van de stof die die poriën bekleedt veranderen."

Om deze laag in het verleden te maken, mensen probeerden nanodeeltjes aan een membraan te hechten door ze er doorheen te laten stromen of erop te laten groeien. Maar deeltjes hebben de neiging om te worden opgelicht als water door die systemen stroomt. De afzetting van de atoomlaag is anders omdat de metaaloxidefilm, in dit geval, vormt sterke chemische bindingen met het polymeer waaraan het is gehecht. In het afzettingsproces van de atomaire laag, het membraan wordt blootgesteld aan een reeks dampen die moleculen aan elkaar plakken, covalente bindingen met het polymeer vormen.

"Sommige polymeren binden gemakkelijker dan andere, en sommige stoten olie af, terwijl andere dat niet doen, " Darling zei over het proces van zijn groep dat werkt met een verscheidenheid aan metaaloxiden. "Op dit punt, we hebben een redelijk goed idee van welke werken en waarom."

Tinoxide en titaniumoxide vormden de nauwste bindingen met watermoleculen, ze te vangen en in lagen over het oppervlak te leggen.

"Als olie in contact komt met het membraan, het blijft gescheiden omdat het over de waterlaag stroomt, " zei Hao-Cheng Yang, een postdoctoraal onderzoeker die aan het project werkt.

Vervuilde membranen kunnen een kostbare aangelegenheid zijn voor de olie- en gasindustrie. Bijvoorbeeld, wanneer oliemaatschappijen verstopte filters vervangen tijdens het hydraulisch breekproces, ze moeten hun apparatuur afsluiten om de wijziging door te voeren. Oliebestendige membranen zoals deze kunnen de noodzaak voor zowel filtervervanging als de uitvaltijd die hierdoor ontstaat aanzienlijk verminderen. zei John Harvey, Argonne's business development executive die de technologie beheert.

"Gewoon door mijn kennis van de olie- en gassector, als we een membraan zouden kunnen maken dat zelfs maar een fractie presteert van wat we in laboratoriumtests hebben gezien, het zal een fenomenale verbetering zijn ten opzichte van wat er nu beschikbaar is. Dat betekent een enorme besparing, ' zei Harve.

Een ander probleem in de industrie is het water dat wordt gebruikt bij het fracken, die vaak met olie uit de grond terugkeert, zout en andere verontreinigingen aanwezig. Verontreinigd water kan niet worden teruggevoerd naar de grond als het een bedreiging vormt voor watervoerende lagen, dus moet de industrie vaak een andere manier vinden om er van af te komen.

De membranen die nu worden gebruikt, kunnen de andere verontreinigingen verwijderen, maar ze raken vervuild door olie. Het afzettingsproces van de atomaire laag zorgt ervoor dat de membranen niet verstopt raken om het water dat er doorheen gaat beter te filteren.

"Met deze techniek ze kunnen dat water blijven gebruiken, "Zei Harvey. "Dit zou een directe vervanging kunnen zijn voor de filtereenheden die ze tegenwoordig gebruiken."

De methode kan ook helpen bij het opruimen van olievlekken. In een reactie op een olielek, dieselbrandstof wordt gebruikt als reinigingsmiddel op leidingen en containers, waardoor een verspilling van diesel achterblijft, vermengd met olie en vuil. Maar pijp- en containeroppervlakken die met de oxiden zijn behandeld, kunnen gewoon worden schoongespoeld, merkte Darling op.

Liefje, die ook de Oleo-spons uitvond, een materiaal dat olie uit zeewater kan weken, zei dat hij denkt dat de twee technologieën samen kunnen worden gebruikt voor toekomstige opruimacties - en ook voor een groot aantal dingen waar hij en zijn collega-wetenschappers waarschijnlijk nog niet aan hebben gedacht.

"Eén ding dat ik van de Oleo Sponge heb geleerd, is dat je je in het begin niet alle mogelijke toepassingen kunt voorstellen, " zei hij. "We verwachtten interesse van oliemaatschappijen, maar we hebben ook gehoord van de cosmetica-industrie en van fabrikanten van sportartikelen. Dus ik vermoed dat als dit eenmaal bekend is, mensen zullen ook met toepassingen komen die we nooit hadden gedacht."