برای جداسازی نفت از آب، راههای قدیمی بسیار پرهزینه و پردردسر است و محیط زیست را به خطر میاندازد. اما محققان دانشکده مهندسی کاکرل دانشگاه تگزاس به روش بهتری برای این منظور دست یافتهاند. آنها از نانوذرات مغناطیسی برای جداسازی نفت از آب طی فرآیندی استفاده کردهاند که بر نیروهای الکتروستاتیک و یک آهنربا متکی است. این مهندسان معتقدند که روش جدید آنها میتواند روش تصفیه آب برای تولید نفت و گاز، پاک کردن لکههای نفتی و حذف سرب از آب آشامیدنی را بهبود بخشد.
امروزه نانوذرات، که ذرههای بسیار ریزی هستند که میتوانند با مواد شیمیایی مختلف از جمله پلیمرها پوشش داده شوند، در زمینههای مختلف صنعتی، پزشکی و الکترونیکی کاربرد دارند. این تطبیقپذیری نانوذرات، دانشمندان دانشگاه تگزاس در آستین را ترغیب کرد تا راهی برای استفاده از نانوذرات در تولید نفت، جهت کاهش آثار محیط زیستی و افزایش بازدهی در حفاریهای خشکی و دریایی بیابند. آنها بر این باورند که تکنیک آنها میتواند برای تصفیه میلیونها گالن آب شیرین مصرفی در روش شکافت هیدرولیکی کاربرد داشته باشد و کمک بزرگی به تصفیه آب آشامیدنی کند.
روشهای جدید تولید نفت ۹۵% نفت را از آب جدا میکند اما قطرههای کوچکی از نفت در آن باقی میماند که قابل استخراج نیست که میتواند برای محیط زیست نیز خطرناک باشد. محقق دپارتمان نفت و نویسنده ارشد مقاله، آقای کو میگوید: “مزیت کاربرد نانوذرات مغناطیسی این است که قطرات کوچک نفتی که به نانوذرات چسبیدهاند، با سرعت بیشتری نسبت به روشهای جداسازی فیزیکی قدیمی از آب جدا میشوند؛ چراکه نیروی مغناطیسی میتواند تا چندین برابر از نیروی جاذبه قویتر باشد.”
کو به همراه تیمش در تلاش بوده است تا پوششی برای نانوذرات مغناطیسی طراحی کند که برای استخراج نفت کاربرد داشته باشد. آنها از روشی به نام «جداسازی توسط گرادیان مغناطیس بالا» استفاده کردهاند که در معادن برای استخراج فلزات و در صنایع غذایی برای حذف ذرات سمی کاربرد دارد.
یافته اصلی این گروه طراحی پوششهای سطحی برای نانوذرات است که میتواند توسط نیروهای الکتروستاتیک به قطرات نفت بچسبد. آنها نانوذرات مغناطیسی را با پلیمرهایی که شارژ سطحی آنها مثبت است، پوشش دادند. سپس این ذرات با بار مثبت به قطرات نفت با بار منفی توسط نیروهای جاذبه الکتروستاتیک جذب میشود؛ درست همانند یک پارچه که ذرات گرد و غبار را جذب میکند. این فرآیند در جهت عکس نیز میتواند رخ دهد. اگر ماده هدف شارژ سطحی مثبت داشته باشد، نانوذرات مغناطیسی را میتوان با پلیمرهایی که بار منفی دارند، پوشش داد تا جذب یکدیگر شوند.
دکتر دیگل میگوید: “این ایده سادهای است، ما از خواص مغناطیسی نانوذرات نهایت استفاده را بردهایم تا آنها را مجبور کنیم که به قطرات نفت بچسبند و قطرات نفت را باردار کرده تا بتوان آنها را توسط یک آهنربا بیرون کشید.”
سهولت کاربرد این روش و انعطاف نانوذرات مغناطیسی باعث شده است تا محققان از آنها در زمینههای مختلف استفاده کنند. دیگل ادامه میدهد: “کاربرد این پوشش میتواند فراتر از حوزه نفت باشد؛ زیرا تنها با طراحی یک پوشش مناسب، میتوان هسته مغناطیسی مورد نظر را ایجاد کرد و آن را در اطراف با هر نوع ماده شیمیایی پوشش داد و توسط یک آهنربا بیرون کشید.”
پژوهشگران در پی طراحی راهی برای استفاده از این روش برای پاک کردن لکههای نفتی در اقیانوسها هستند. همچنین آنها در حال مطالعه هستند تا بتوانند این نانوذرات مغناطیسی را برای حذف سرب و دیگر آلایندهها از آب آشامیدنی به کار برند. علاوه بر این، آنها در تلاشند که روش تصفیهای ابداع کنند که قابلیت کنترل حجم زیادی از آب و نفت را داشته باشد که در مناطق حفاری خشکی و دریایی میتواند بسیار تعیینکننده باشد.
کو اضافه میکند: “ما در حال حاضر در پی فرآیند بازیابی عاری از مواد شیمیایی هستیم که بتوان از طریق آن دوباره از نانوذرات استفاده کرد. روشهای دیگر بازیابی از مواد شیمیایی برای استخراج نفت استفاده میکنند که منجر به تولید ضایعات دیگر میشود. ما بر این باوریم که بازیافت و استفاده مجدد نانوذرات نه تنها میتواند هزینههای عملکردی را کاهش دهد، بلکه فرآیندی است سازگار با محیط زیست که ضایعات مضر را نیز کاهش میدهد.”
نوشته محققان دانشگاه تگزاس آستین با استفاده از یک آهنربا و نانوذرات نفت را از آب در چند ثانیه جدا کردند اولین بار در عکاظ خاورمیانه پدیدار شد.
