利用納米粒子和磁體分離水中油

當油混入水，傳統的清潔水移除油的方法要求較高、非常昂貴並且對環境有一定危害。但奧斯汀的德克薩斯大學科克雷爾工程學院認為他們可能提出了一種更好的方法。

在一項發表在納米粒子研究雜誌的研究中，研究者利用磁性納米粒子通過一種依靠靜電力和磁體的簡單過程從水中分離油。工程師們認為他們的新技術能改進油氣開採中的水處理，更有效地清理石油泄漏，並有可能移除飲用水中的鉛。

今天，納米粒子這種能被不同的類似聚合物等化學物質包裹的微小粒子被用於大量領域和工業，包括醫學、能源以及電子。納米粒子的多功能性啟發了德克薩斯大學團隊的新探索，試圖將這種粒子應用於石油開採中，以降低其對環境的影響，並提升陸上和海上鑽探的效率。他們認為所提出的技術可被用於處理水力壓裂法中使用的數百萬加侖淡水，並能幫助清潔飲用水。

credit: 煎蛋畫師Chon

現代石油開採方法可以分離出采出水中的95%的石油，但會遺留小型石油液滴，難以提取，這使得水處理變得很具挑戰性並對環境會造成一定影響。

研究第一作者、石油和自然地理工程系的助理研究員Saebom Ko說道：「這一新技術針對的是水中那很難移除的一點點石油，只有移除了這些石油才能認為這些水經過處理了。利用磁性納米粒子的優勢是小型的石油液滴能附著在納米粒子上，並且分離速度相比傳統物理分離過程快得多，這是因為磁力相比引力大出幾個量級。」

Ko與一個包括石油和自然地理工程教授Hugh Daigle、生物醫學工程教授Thomas Milner以及研究員Chun Huh在內的團隊一同為磁性納米粒子設計了表面塗層，使其可以用於移除石油。他們利用了一種名為高梯度磁分離的技術，這種技術也被用在採礦中分離金屬和食品工業中移除有毒粒子。

團隊的主要進步是為納米粒子設計了能夠利用靜電力粘附石油液滴的表面塗層。團隊將表面電荷為正電荷的聚合物塗在了磁性納米粒子表面。於是帶正電的磁性納米粒子就能通過靜電吸引力抓獲帶負電的石油液滴。這一過程在實驗室測試中只需要幾秒鐘，同樣也能反過來進行。如果目標物質表面帶正電，磁性納米粒子就能被塗上帶負電的聚合物以吸引目標。

Daigle說道：「這是個簡單的想法。我們藉助了這些納米粒子的磁性使其牢牢抓住石油液滴，從而用磁體將石油拉取出來。」

Credit: 科克雷爾工程學院

這一技術的簡單性和磁性納米粒子的靈活性使得研究者開始考慮不同的應用。

Daigle說道：「可能的應用遠不限於石油領域，因為通過設計適當的表面塗層，就能在外面塗上任何選擇的化學物質來粘附目標物並將其拉取出來。」

研究者預期設計一種方法，利用這些納米粒子清潔海洋中的石油泄漏。他們還在探索利用磁性納米粒子移除飲用水中的鉛和其他污染物，計劃在本夏天進行測試。

對於油氣開採，該團隊正計劃設計一種有能力快速處理大量石油和水的處理系統，對於陸上和海上石油開採而言十分關鍵。

Ko說道：「我們目前正在研發一種不含化學產品的再生過程以重利用納米粒子。其他的再生過程都是使用化學物提取石油，會產生其他危險廢料。我們相信通過循環和再利用納米粒子，不僅能減少經營成本，也是一種減少危險廢料的對生態環境無害的過程。」

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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