Estados Unidos. El petróleo crudo es pegajoso y con frecuencia obstruye las membranas de los filtros y otros equipos utilizados en la industria del petróleo y el gas. Para abordar este problema, los científicos del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) desarrollaron un enfoque novedoso, que prolongará la vida útil de los equipos industriales clave.
El nuevo invento consiste en un tipo de recubrimiento que produce películas delgadas de moléculas que rechazan el aceite y que aman el agua en la superficie de las membranas de filtro. Estas moléculas de óxido metálico se agarran a cualquier átomo de agua suelta mientras resisten el aceite. Para los científicos, estas propiedades gemelas se conocen como hidrofilicidad y oleofobia.
"Una de las mejores maneras de limpiar el agua aceitosa es con membranas", dijo Seth Darling, Director del Instituto de Ingeniería Molecular en Argonne. “El problema es que el aceite se adhiere a la membrana y obstruye los orificios hasta que la membrana deja de funcionar. Hoy, si las personas tienen una membrana contaminada con aceite, la reemplazan o intentan limpiarla con productos químicos agresivos para eliminar el aceite".
Los científicos utilizaron un método llamado deposición de la capa atómica, que utiliza vapores químicos para depositar una capa muy delgada de óxido de metal en todas las superficies de la membrana del filtro. Experimentaron el uso de diferentes óxidos metálicos en membranas de polímeros comerciales comerciales para encontrar cuáles funcionaban mejor. El equipo publicó los resultados en ACS Nano el 14 de agosto.
La deposición de la capa atómica en sí no es nueva, pero nunca se ha utilizado de esta manera para modificar las membranas antes, dijo Darling.
"Es una especie de vanguardia", dijo Darling. “El recubrimiento es de unos pocos nanómetros de espesor. Si el recubrimiento fuera más grueso, cerraría los poros pequeños. "Lo que quieres es un cambio mínimo de la estructura de los poros, pero quieres cambiar la química de la sustancia que recubre esos poros".
Para crear esta capa en el pasado, las personas intentaron unir las nanopartículas a una membrana haciéndolas fluir a través de ellas o haciéndolas crecer. Pero las partículas tienden a desprenderse a medida que el agua fluye a través de esos sistemas. La deposición de la capa atómica es diferente porque la película de óxido metálico, en este caso, forma fuertes enlaces químicos con el polímero al que está adherida. En el proceso de deposición de la capa atómica, la membrana se expone a una secuencia de vapores que unen las moléculas, formando enlaces covalentes con el polímero.
"Algunos polímeros se unen más fácilmente que otros, y algunos repelen el aceite, mientras que otros no", dijo Darling sobre el proceso de su grupo que trabaja con una variedad de óxidos metálicos. "En este punto, tenemos una idea bastante clara de cuáles funcionan y por qué".
El óxido de estaño y el óxido de titanio formaron los enlaces más estrechos con las moléculas de agua, capturándolas y colocándolas en capas sobre la superficie.
"Cuando el petróleo entra en contacto con la membrana, se mantendrá separada porque fluye sobre la capa de agua", dijo Hao-Cheng Yang, un investigador postdoctoral que trabaja en el proyecto.
Fuente: Laboratorio Nacional de Argonne.
