Un nuevo filtro producido por científicos de la Universidad de Rice ha demostrado ser capaz de eliminar más del 90 por ciento de los hidrocarburos, bacterias y partículas del agua contaminada producida por operaciones de fracturación hidráulica fracking en pozos de petróleo y gas de esquisto bituminoso.
El trabajo del químico de Rice Andrew Barron y sus colegas convierte una membrana de cerámica con poros de microescala en un filtro superhidrófilo que "esencialmente elimina" el problema común de las incrustaciones.
Los investigadores determinaron que un paso a través de la membrana debe limpiar el agua contaminada lo suficiente como para reutilizarla en un pozo, reduciendo significativamente la cantidad que debe almacenarse o transportarse.
El trabajo se informa en el acceso abierto de Nature Informes científicos .
Los filtros evitan que los hidrocarburos emulsionados pasen a través de los poros cargados iónicamente del material, que son aproximadamente un quinto de un micrón de ancho, lo suficientemente pequeños como para que otros contaminantes no puedan pasar. La carga atrae una capa delgada de agua que se adhiere a toda la superficiedel filtro para repeler glóbulos de aceite y otros hidrocarburos y evitar que se obstruyan.
Un pozo fracturado hidráulicamente usa más de 5 millones de galones de agua en promedio, de los cuales solo del 10 al 15 por ciento se recupera durante la etapa de flujo de retorno. "Esto hace que sea muy importante poder reutilizar esta agua", dijo Barron.
Dijo que no todo tipo de filtro elimina de manera confiable todo tipo de contaminante.
Las moléculas de hidrocarburos solubilizados se deslizan directamente a través de microfiltros diseñados para eliminar bacterias. La materia orgánica natural, como los azúcares de la goma guar utilizada para hacer que los fluidos de fracking sean más viscosos, requieren ultra o nanofiltración, pero estos se ensucian fácilmente, especialmente de los hidrocarburos que se emulsionan en glóbulos.Un filtro de varias etapas que pueda eliminar todos los contaminantes no es práctico debido al costo y la energía que consumiría.
"El agua de Frac y las aguas producidas representan un desafío significativo a nivel técnico", dijo Barron. "Si usa una membrana con poros lo suficientemente pequeños como para separarse, se ensucian y esto hace que la membrana sea inútil".
"En nuestro caso, el tratamiento superhidrófilo da como resultado un mayor flujo flujo de agua a través de la membrana e inhibe el paso de cualquier material hidrófobo, como el aceite. La diferencia en la solubilidad de los contaminantes funciona para permitirpara la separación de moléculas que en teoría deberían pasar a través de la membrana "
Barron y sus colegas usaron ácido cisteico para modificar la superficie de una membrana cerámica a base de alúmina, haciéndola superhidrófila o extremadamente atraída por el agua. La superficie superhidrófila tiene un ángulo de contacto de 5 grados. Un ángulo de contacto de 0 grados seríaser un charco.
El ácido cubrió no solo la superficie sino también el interior de los poros, y eso evitó que las partículas se adhirieran a ellos y ensuciaran el filtro.
En pruebas con reflujo de fracking o agua producida que contenía goma guar, la membrana de alúmina mostró una disminución inicial lenta en el flujo, una medida del flujo de masa a través de un material, pero se estabilizó durante la duración de las pruebas de laboratorio.las membranas mostraron una disminución dramática en 18 horas.
Los investigadores teorizaron que la disminución inicial en el flujo a través de la cerámica se debió a la purga de aire de los poros, después de lo cual los poros superhidrófilos atraparon la delgada capa de agua que evitó la contaminación.
"Esta membrana no se ensucia, por lo que dura", dijo Barron. "Requiere presiones de operación más bajas, por lo que necesita una bomba más pequeña que consuma menos electricidad. Y eso es mejor para el medio ambiente".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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