O petróleo bruto é pegajoso e frequentemente obstrui as membranas dos filtros e outros equipamentos usados ​​na indústria de petróleo e gás. Para resolver este problema, cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) desenvolveram uma nova abordagem, que irá prolongar a vida útil dos principais equipamentos industriais.

A nova invenção consiste em um tipo de revestimento que produz películas finas de hidrantes, moléculas repelentes de óleo na superfície das membranas de filtro. Essas moléculas de óxido de metal agarram-se a quaisquer átomos de água soltos enquanto resistem ao óleo. Para cientistas, essas propriedades gêmeas são conhecidas como hidrofilicidade e oleofobicidade.

"Uma das melhores maneiras de limpar a água oleosa é com membranas, "disse Seth Querido, Diretor do Instituto de Engenharia Molecular de Argonne. “O problema é que o óleo gruda na membrana e obstrui os orifícios até que a membrana pare de funcionar. se as pessoas têm uma membrana contaminada por óleo, ou eles o substituem ou tentam limpá-lo com produtos químicos agressivos para remover o óleo. "

Os cientistas usaram um método chamado deposição de camada atômica, que usa vapores químicos para depositar uma camada muito fina de óxido de metal em todas as superfícies da membrana do filtro. Eles experimentaram o uso de diferentes óxidos de metal em membranas de polímero comerciais para descobrir quais funcionavam melhor. A equipe publicou os resultados em ACS Nano em 14 de agosto.

A deposição da camada atômica em si não é nova, mas nunca foi usado dessa forma para modificar as membranas antes, Querida disse.

"É uma espécie de vanguarda, "Darling disse." O revestimento tem apenas alguns nanômetros de espessura. Se o revestimento fosse mais espesso do que isso, isso fecharia os minúsculos poros. O que você quer é uma mudança mínima na estrutura dos poros, mas você quer mudar a química da substância que reveste esses poros. "

Para criar esta camada no passado, as pessoas tentaram anexar nanopartículas a uma membrana fazendo-as fluir através dela ou fazendo-as crescer nela. Mas as partículas tendem a ser arrancadas conforme a água flui por esses sistemas. A deposição da camada atômica é diferente porque o filme de óxido de metal, nesse caso, forma fortes ligações químicas com o polímero ao qual está aderido. No processo de deposição da camada atômica, a membrana é exposta a uma sequência de vapores que unem as moléculas, formar ligações covalentes com o polímero.

"Alguns polímeros se ligam mais facilmente do que outros, e alguns repelem o óleo, enquanto outros não, "Darling disse sobre o processo de seu grupo trabalhando com uma variedade de óxidos de metal." temos um bom senso de quais funcionam e por quê. "

O óxido de estanho e o óxido de titânio formaram as ligações mais firmes com as moléculas de água, capturando-os e colocando-os em camadas na superfície.

"Quando o óleo entra em contato com a membrana, ficará separado porque flui sobre a camada de água, "disse Hao-Cheng Yang, um pesquisador de pós-doutorado trabalhando no projeto.

Membranas contaminadas podem ser um incômodo caro para a indústria de petróleo e gás. Por exemplo, quando as empresas petrolíferas substituem os filtros entupidos durante o processo de fraturamento hidráulico, eles têm que desligar seus equipamentos para fazer a mudança. Membranas resistentes a óleo como esta podem reduzir significativamente a necessidade de substituição do filtro e o tempo de inatividade que ele cria, disse John Harvey, Executivo de desenvolvimento de negócios da Argonne responsável pela tecnologia.

“Só pelo meu conhecimento do setor de petróleo e gás, se pudéssemos fazer uma membrana que desempenha até mesmo uma fração do que vimos em testes de laboratório, será uma melhoria fenomenal em relação ao que está disponível agora. Isso representa uma grande economia, "disse Harvey.

Outro problema do setor envolve a água utilizada no fraturamento hidráulico, que muitas vezes retorna do solo com óleo, sal e outros contaminantes presentes. A água contaminada não pode ser devolvida ao solo se representar uma ameaça para os aquíferos, portanto, a indústria muitas vezes precisa encontrar outra maneira de descartá-los.

As membranas usadas agora podem remover os outros contaminantes, mas eles ficam sujos de óleo. O processo de deposição da camada atômica evita que as membranas entupam para filtrar melhor a água que passa por elas.

"Com esta técnica, eles podem continuar usando essa água, "Harvey disse." Esta poderia ser uma substituição direta das unidades de filtro que estão usando hoje. "

O método também pode ajudar nos esforços de limpeza de derramamento de óleo. Em uma resposta a derramamento de óleo, o óleo diesel é usado como agente de limpeza em tubos e contêineres, o que deixa um resíduo de diesel misturado com óleo e sujeira. Mas as superfícies do tubo e do recipiente tratadas com os óxidos podem ser enxaguadas e limpas, observou Darling.

Querida, que também inventou a esponja Oleo, um material que pode absorver o óleo da água do mar, disse que acha que as duas tecnologias podem ser usadas em conjunto para limpezas futuras - e também para uma série de coisas que ele e seus colegas cientistas provavelmente ainda não pensaram.

"Uma coisa que aprendi com a esponja Oleo é que você não consegue imaginar todas as aplicações possíveis no início, "disse ele." Antecipamos o interesse das empresas de petróleo, mas também ouvimos falar da indústria de cosméticos e de fabricantes de artigos esportivos. Então, eu suspeito que uma vez que isso for divulgado, as pessoas também criarão aplicativos que nunca imaginamos. "