科学家们创造了新的耐油过滤技术

原油是粘性物质，经常堵塞过滤膜和石油和天然气工业中使用的其他设备。为了解决这个问题，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的科学家们开发了一种新方法，可以延长关键工业设备的使用寿命。

该新发明由一种涂层组成，该涂层在滤膜表面上产生亲水，防油分子的薄膜。这些金属氧化物分子抓住任何松散的水原子，同时抵抗油。对于科学家来说，这些双重特性被称为亲水性和疏油性。

“清洁含油水的最佳方法之一是使用膜，”Argonne分子工程研究所所长Seth Darling说。“问题是油粘在膜上并堵塞孔直到膜停止工作。今天，如果人们有油污膜，要么他们更换它或者他们试图用刺激性化学品清洗它以冲洗掉油“。

科学家使用了一种称为原子层沉积的方法，该方法使用化学蒸汽在所有滤膜表面上沉积非常薄的金属氧化物涂层。他们尝试在现成的商用聚合物膜上使用不同的金属氧化物，以找出哪种效果最好。该团队于8月14日在ACS Nano上公布了结果。

达林说，原子层沉积本身并不新鲜，但以前从未用这种方法来修饰膜。

“这是一种前沿，”达林说。“涂层的厚度只有几纳米。如果涂层比这厚，它会封闭微孔。你想要的是孔隙结构的微小变化，但你想改变物质衬里的化学性质那些毛孔。“

为了在过去创造这一层，人们试图通过将纳米粒子流过膜或在膜上生长来将纳米粒子附着到膜上。但是当水流过这些系统时，颗粒往往会被扯掉。原子层沉积是不同的，因为在这种情况下，金属氧化物膜与其所粘附的聚合物形成强化学键。在原子层沉积过程中，膜暴露于一系列蒸汽，这些蒸汽将分子粘在一起，与聚合物形成共价键。

“有些聚合物比其他聚合物更容易结合，有些聚合物会排斥油，而有些聚合物则不会，”Darling谈到他的小组使用各种金属氧化物的过程。“在这一点上，我们非常清楚哪些是有效的，为什么会这样。”

氧化锡和氧化钛与水分子形成最紧密的键，捕获它们并将它们层叠在表面上。

“当油接触膜时，它将保持分离，因为它会流过水层，”负责该项目的博士后研究员杨浩成说。

对于石油和天然气工业而言，污垢膜可能是一种代价高昂的麻烦。例如，当石油公司在水力压裂过程中更换堵塞的过滤器时，他们必须关闭设备以进行更改。Argonne负责该技术的业务开发主管John Harvey表示，这样的耐油隔膜可以显着减少更换过滤器的需求和停机时间。

“仅仅从我对石油和天然气行业的了解来看，如果我们能够制造出能够达到我们在实验室测试中所看到的一小部分的膜，那么它将比现在可用的更好。这代表了巨大的节省，“哈维说。

该行业中的另一个问题涉及用于压裂的水，其通常从存在油，盐和其他污染物的地面返回。如果受污染的水对含水层构成威胁，则不能将其返回地面，因此行业通常必须找到另一种处理方式。

现在使用的膜可以去除其他污染物，但它们会被油污染。原子层沉积过程使膜不会堵塞，从而更好地过滤通过它们的水。

“通过这种技术，他们可以继续使用这种水，”哈维说。“这可能是他们今天使用的过滤装置的直接替代品。”

该方法还可以帮助溢油清理工作。在溢油应急中，柴油燃料被用作管道和容器上的清洁剂，这留下混有油和污垢的柴油的浪费。但Darling指出，用氧化物处理的管道和容器表面可以清洗干净。

Darling也发明了Oleo Sponge，这种材料可以将油从海水中浸出，他说他认为这两种技术可以用于未来的清理 - 以及他和他的科学家可能拥有的一系列东西。还没有想到。

“我从Oleo Sponge那里学到的一件事是，你不能在开始时设想所有可能的应用，”他说。“我们期待石油公司的兴趣，但我们也听说过化妆品行业和体育用品制造商。所以我怀疑一旦这种情况发生，人们也会提出我们从未想象过的应用程序。”

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