Công nghệ lọc dầu mới
Dầu thô là chất dính và thường làm tắc nghẽn màng lọc và các thiết bị khác được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) đã phát triển một phương pháp mới, điều này sẽ kéo dài tuổi thọ của thiết bị công nghiệp chủ chốt . Phát minh mới bao gồm một loại lớp phủ tạo ra các màng mỏng các phân tử thấm dầu, thấm nước trên bề mặt màng lọc. Những phân tử oxit kim loại này bám vào bất kỳ nguyên tử nước lỏng nào trong khi lại hạn chế dầu. Seth Darling, Giám đốc Viện Kỹ thuật Phân tử tại Argonne cho biết: “Một trong những cách tốt nhất để làm sạch nước nhờn là màng lọc. “Vấn đề là dầu dính trên màng và làm tắc các lỗ cho đến khi màng ngừng hoạt động. Hôm nay, nếu người ta có một màng dầu bị ô nhiễm, hoặc là họ thay thế nó hoặc họ cố gắng làm sạch nó bằng hóa chất khắc nghiệt để rửa sạch dầu. ”Các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp gọi là lắng đọng lớp nguyên tử, sử dụng hơi hóa học để đặt một lớp phủ rất mỏng của oxit kim loại lên tất cả bề mặt màng lọc. Họ đã thử nghiệm bằng cách sử dụng các oxit kim loại khác nhau trên các màng polymer thương mại có sẵn để tìm ra loại màng nào hoạt động tốt nhất, nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả trong ACS Nano vào ngày 14 tháng 8.Sự lắng đọng lớp nguyên tử không phải là mới, nhưng nó không bao giờ được sử dụng theo cách này để thay đổi màng trước đây, Darling nói.Darling nói. “Lớp phủ chỉ dày vài nanomet. Nếu lớp phủ dày hơn, nó sẽ thu nhỏ các lỗ lọc. Những gì bạn muốn là một sự thay đổi tối thiểu của cấu trúc lỗ lọc, nhưng bạn muốn thay đổi hóa học của chất lót các lỗ lọc đó. ”Để tạo ra lớp này trong quá khứ, mọi người cố gắng gắn các hạt nano vào màng bằng cách thổi chúng qua nó hoặc phát triển chúng trên đó. Nhưng các hạt có xu hướng bị tách ra khi nước chảy qua các hệ thống đó. Sự lắng đọng lớp nguyên tử là khác nhau bởi vì màng oxit kim loại, trong trường hợp này, tạo thành liên kết hóa học mạnh với polymer mà nó bám dính vào. Trong quá trình lắng đọng lớp nguyên tử, màng được tiếp xúc với một chuỗi hơi dính các phân tử với nhau, tạo thành liên kết cộng hóa trị với polymer."Một số polyme ràng buộc dễ dàng hơn những loại khác, và một số đẩy lùi dầu trong khi những loại khác thì không," theo Darlin. ” Ôxít thiếc và oxit titan hình thành các liên kết chặt chẽ nhất với các phân tử nước, bắt chúng và phân lớp chúng trên bề mặt. “Khi dầu tiếp xúc với màng tế bào, nó sẽ tách biệt bởi vì nó chảy qua lớp nước”, Hao-Cheng Yang, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ làm việc trong dự án cho biết.Các thí nghiệm về cách dầu thô bám chặt vào màng fluoride polyvinylidene chưa được phủ ôxít (trên cùng). Và sau khi được phủ 1 lớp oxit.Màng lọc có thể là một khó khăn tốn kém cho ngành công nghiệp dầu khí. Ví dụ, khi các công ty dầu thay thế các bộ lọc bị tắc trong quá trình bẻ gãy thủy lực, họ phải tắt thiết bị của mình để thực hiện thay đổi. Các màng chống dầu như thế này có thể đáng kể Làm giảm sự cần thiết cho cả thay thế bộ lọc và thời gian ngừng hoạt động mà nó tạo ra, John Harvey, giám đốc phát triển kinh doanh của Argonne xử lý công nghệ này nói. “Chỉ từ kiến thức của tôi về ngành dầu khí, nếu chúng ta có thể tạo ra một màng thực hiện ngay cả một phần nhỏ của những gì chúng ta đã thấy trong thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nó sẽ một sự cải tiến phi thường về những gì có sẵn hiện nay. Điều đó thể hiện sự tiết kiệm rất lớn, ”Harvey nói. Một vấn đề khác trong ngành liên quan đến việc sử dụng nước trong quá trình Fracking, nước thường trở về từ mặt đất với dầu, muối và các chất gây ô nhiễm khác. Nước bị ô nhiễm không thể được trả lại mặt đất nếu nó gây ra mối đe dọa cho tầng chứa nước, do đó, ngành công nghiệp thường phải tìm một cách khác để xử lý nó.Các màng được sử dụng hiện nay có thể loại bỏ các chất gây ô nhiễm khác, nhưng chúng bị tắc bởi dầu. Quá trình lắng đọng lớp nguyên tử giữ cho các màng khỏi tắc nghẽn tốt hơn để lọc nước đi qua chúng. "Với kỹ thuật này, họ có thể tiếp tục sử dụng nước đó," Harvey nói. "Đây có thể là một sự thay thế trực tiếp cho các đơn vị lọc mà họ đang sử dụng ngày nay." Trong một phản ứng tràn dầu, nhiên liệu diesel được sử dụng như một tác nhân làm sạch trên đường ống và thùng chứa, để lại một hỗn hợp dầu diesel hỗn hợp với dầu và bụi bẩn. Nhưng các bề mặt ống và thùng chứa được xử lý bằng các oxit chỉ có thể được rửa sạch, Darling lưu ý.Darling, người cũng phát minh ra Oleo Sponge, một loại vật liệu có thể tách dầu ra khỏi nước biển, cho biết ông nghĩ rằng hai công nghệ có thể được sử dụng phối hợp để sử dụng trong tương lai - và cũng cho một loạt những thứ mà anh và các nhà khoa học đồng nghiệp của anh có lẽ vẫn chưa nghĩ đến. "Một điều tôi học được từ Oleo Sponge là bạn không thể hình dung được tất cả các ứng dụng có thể thực hiện ngay từ đầu," ông nói. nhưng chúng tôi cũng đã nghe ngóng từ ngành công nghiệp mỹ phẩm và từ các nhà sản xuất đồ thể thao. Vì vậy, tôi nghi ngờ một khi điều này được ra, mọi người cũng sẽ đưa ra các ứng dụng chúng tôi không bao giờ tưởng tượngNhóm nghiên cứu khoa học cũng bao gồm Jeffrey Elam của Argonne và Lin Chen, người làm việc trong bộ phận Vật liệu Ứng dụng và Ruben Waldman từ Đại học Chicago. Phần lớn công việc được thực hiện tại Trung tâm Vật liệu Nanoscale, một Văn phòng Người dùng Khoa học của DOE, đặt tại Argonne. Bài báo có tựa đề “Màng chống thấm dầu thô bằng cách lắng đọng lớp nguyên tử: Kỹ thuật giao diện oxit.” Nghiên cứu được tài trợ thông qua Chương trình nghiên cứu và phát triển hướng dẫn phòng thí nghiệm của Argonne .