Una esponja reutilizable puede capturar y recuperar gotas de petróleo crudo del agua fría para crear agua limpia en un ecosistema frágil.

Crédito de la foto Uns 亦然 en Unsplash

Después de diez años, los esfuerzos de limpieza de derrames de petróleo de Deepwater Horizon todavía se esfuerzan por eliminar las gotas de petróleo crudo del agua contaminada. Eliminar las gotas de petróleo de las aguas residuales es aún más difícil en el Ártico, donde se estima que reside el 13% de las reservas de combustibles fósiles no descubiertas del mundo. En el Ártico, las temperaturas ultra frías aumentan la viscosidad del petróleo crudo, convirtiendo las mezclas de aceite y agua en un gel, lo que plantea desafíos para su eliminación.

Actualmente, los derrames de petróleo en el Ártico se limpian quemando o fundiendo el petróleo crudo (calentándolo de 5 ° C a 90 ° C) y luego recogiéndolo en el lugar del derrame utilizando métodos secundarios. Esto se debe a que a medida que desciende la temperatura, los compuestos orgánicos más pesados ​​del aceite, conocidos como ceras de parafina, precipitan del petróleo crudo en forma de cristales líquidos y sólidos que se acumulan en la superficie de la gota o en la interfase aceite / agua. Estos cristales de cera se combinan preferentemente para volverse estables, para extraer las gotas de aceite circundantes y formar mezclas de aceite en agua en aceite, las llamadas emulsiones dobles y geles, que no se pueden separar sin usar energía.

Estas estrategias de calefacción in situ están lejos de ser perfectas y pueden disolver o vaporizar los compuestos orgánicos volátiles contenidos en el petróleo crudo y dañar aún más el medio ambiente. Existe una necesidad urgente de desarrollar estrategias que sean más ecológicas y efectivas para recolectar petróleo crudo sin tener que calentarlo.

Como alternativa, se han propuesto esponjas de esponja de aceite que se adaptan a las propiedades medioambientales del crudo y que podrían proporcionar una solución sencilla para la recogida y recuperación de las gotitas de aceite.

P. Cherukupally et al., Science Advances (2021) © Los autores, algunos derechos reservados; licenciatario exclusivo AAAS. Distribución bajo licencia CC BY-NC 4.0

Este problema ha sido resuelto recientemente con una nueva esponja humectante de cera que aprovecha las fluctuaciones en las microestructuras del crudo que cambian con la temperatura. El concepto utiliza el hecho de que los cristales de cera pegajosos en la superficie de las gotas pueden adherirse fácilmente a otras superficies con una estructura química similar. Por lo tanto, una esponja con grupos de cera de parafina podría capturar las gotas de aceite, las emulsiones dobles y los geles adhiriéndose a las ceras de su superficie como bloques de Lego a juego a pesar de las bajas temperaturas de las aguas residuales.

P. Cherukupally et al., Science Advances (2021) © Los autores, algunos derechos reservados; licenciatario exclusivo AAAS. Distribución bajo licencia CC BY-NC 4.0

Tan pronto como se determinó la química óptima de la cera, los nanocristales de silicio se cubrieron con ligandos octadecilo de cera de parafina y se aplicaron a las esponjas de poliuretano disponibles comercialmente. Debido a su atracción mutua, la esponja humectante de cera pudo recolectar gotas de aceite de las aguas residuales a temperaturas entre 5 ° C y 40 ° C con una eficiencia del 95 al 99% en tres horas. Las esponjas empapadas en aceite se pueden limpiar en segundos lavándolas con solventes suaves que son seguros de usar a escala industrial y reutilizados. De hecho, pudieron eliminar las gotas de petróleo crudo del agua contaminada diez veces sin afectar el rendimiento.

Este enfoque crea agua limpia, recolecta petróleo crudo reutilizable y reutiliza la esponja sin necesidad de precalentarla. Si se comercializa, podría tener un impacto ambiental, energético y económico dramático para resolver los desafíos de la recuperación de derrames de petróleo en el Ártico. El equipo de investigación está trabajando actualmente en la ampliación de las esponjas para tratar una variedad de agua contaminada con petróleo crudo con un dispositivo de filtración.

Escrito por: Pavani Cherukupally y Geoffrey Ozin

Referencias:

Pavani Cherukupally et al., Espumas poliméricas a base de ácido para la adsorción de microgotas de aceite de aguas residuales industriales, Ciencia y tecnología ambientales (2017). DOI: 10.1021 / acs.est.7b01255

Pavani Cherukupally et al., Esponjas diseñadas en superficie para recuperar microgotas de petróleo crudo de aguas residuales, Nature Sustainability (2020). DOI: 10.1038 / s41893-019-0446-4

Pavani Cherukupally et al., Esponjas humectantes de cera para extraer gotas de aceite de agua fría, Science Advances (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abc7926

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