Pflanzlicher Abfälle recycelt Kohle reinigt von Ölverschmutzungen

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Als Sudipta Siegel und seine Co-Principal Investigator Larry Hench für einen Zuschuss von der National Science Foundation angewendet, war ihr Ziel, ein Material, das große Mengen an Öl aus dem Meerwasser wirtschaftlich entfernen konnte und mit einem Verfahren, das komplett grün wäre zu schaffen.

Im Juli 2010, Dichtung und Hench erhielt eine schnelle Antwort Grant von NSF Division für Materialforschung, ein neuartiges Verfahren zur Behandlung von Flugasche zu entwickeln – ein Nebenprodukt der Verbrennung von Kohle, Öl absorbieren.

RASCHE werden Projekte ausgezeichnet, die dringende durch natürliche oder von Menschen verursachten Katastrophen und ähnliche unvorhergesehene Ereignisse verursacht Herausforderungen.

Seals und Hench gewähren, war einer der mehrere dieser NSF vergeben, um mit Reinigung und Umweltschutz nach der Deepwater Horizon-Ölpest im Golf von Mexiko zu helfen. Die Stiftung hat mehr als 60 Auszeichnungen in Höhe von fast $ 7 Millionen, in Geowissenschaften, Computersimulation, Technik und anderen Bereichen.

In den Monaten nach der größten Ölkatastrophe in der US Geschichte Herausforderung Wissenschaftler wie Sie am besten zu bereinigen, die Millionen Barrel Öl verschmutzen, Meerwasser, Sümpfe und Strände. Es gab Fragen über die relative Sicherheit der verschiedenen saugfähigen Materialien sowie ihre Kosten und Entsorgung. Darüber hinaus einige der Materialien verteilt, anstatt entfernt das Öl, das auf weitere Herausforderungen geführt.

Kraftwerk-Abfälle

Dichtung, die Leiterin der Nanowissenschaften Technologiezentrum und Advanced Materials Verarbeitung Analyse Center an der University of Central Florida ist, studiert nanostrukturierten Materialien wie Carbonnanotubes, Silica Aerogele und Graphen.

Diese fortschrittlichen Materialien Sport sehr hohe Oberflächen-Volumen-Verhältnisse, indem Sie ihnen die Fähigkeit, riesige Mengen an Öl. Massenproduktion von ihnen für triefend von großen verschütteten Flüssigkeiten bleibt jedoch unerschwinglich.

Seit mehr als einem Jahrzehnt hatte Dichtung erforscht die Auswirkungen der Behandlung von chemisch Flugasche, trocken, grau, pulvrige Abfallprodukt von Kraftwerk Rauchgase, gefangen genommen, bevor sie industrielle Schornsteine erreichen. Der Name "Flugasche" leitet sich übrigens aus den Worten "Flugasche".

Flugasche enthält eine Mischung von Kalzium, Silizium und Aluminium, sowie Spuren anderer Elemente. Obwohl es verwendet werden kann, um Ziegel zu machen, landen Beton- und Straßenbau Materialien, Millionen Tonnen Flugasche in Entsorgung Teiche, Mine Gruben oder Deponien, wo es das Potenzial hat, Grundwasser verunreinigen.

Öl optimiert Partikeloberflächen

In ihrem natürlichen Zustand absorbieren Flugasche Partikel nicht viel Öl weil sie relativ kleine Flächen und Größen pore. Außerdem enthalten sie hydrophile oder Wasser-Liebenden, Verbindungen, die tendenziell eher Wasser als Öl tanken. Dies bedeutet, dass eine sperrige, matschig Durcheinander entsteht, wenn Flugasche in der charakteristischen Öl-Wasser-Mischung resultierend aus Wind- und Wellenbedingungen Tätigkeit auf ausgetretenen Öls platziert wird.

Dichtung und seinem Team entwickelte eine Methode zur Behandlung von Flugasche ergeben ein Produkt namens OOPS, das steht für "optimierte Partikeloberflächen Öl."

Im Gegensatz zu unbehandelten Flugasche OOPS zieht und saugt das Öl aus einem Öl-Wasser-Gemisch. Die daraus resultierende OOPS-Öl-Gemisch "verwandelt sich in eine Glop, die schwimmt auf der Wasseroberfläche und können sehr leicht hob,", sagt Siegel.

Um es noch einfacher machen, kann OOPS in eine Öl-durchlässigen Netzbeutel enthalten sein, die aus dem Wasser gezupft werden kann, sobald es voll mit Öl ist.

Recycling-Öl

"Aber die Geschichte nicht zu Ende", sagt Siegel. "Nun, die Frage, 'Wie wir dieses Öl entsorgen?'"

Und hier kommt das "grüne" in.

"Kohlekraftwerke werden verwendet, um Elektrizität für mindestens die nächsten zwei oder drei Generationen in diesem Land, und sie werden wahrscheinlich immer verwendet in anderen Ländern", sagt Siegel.

"Dies bedeutet, wir können den Netzbeutel von Flugasche aufgeladen mit Öl direkt wieder in eine Kohle befeuerten Ofen," sagt er. "Auf diese Weise kann man den Heizwert von Öl und bekommen die Flugasche zurück am anderen Ende und es ist in erster Linie grün, zyklischen Prozess."

Die in zwei Schritten zu tun

Mit NSF schnelle Grant, Dichtung und sein Team über verfeinern ihre Methode zur Herstellung von OOPS. Sie verwenden zwei Schritte, um die Flugasche zu behandeln. Zunächst Tauchen sie Partikel in eine beheizte Basenbad, deren Oberflächen reaktiver zu machen. Dies erhöht auch die Fläche und Porosität der Partikel.

Dieser Schritt folgt eine zweite chemische Behandlung während der winzigen "Strings" hydrophobe Molekül Gruppen, wie Natriumhydroxid, werden angezogen und Bindung mit der reaktiven Flugasche-Oberfläche.

Diese gebundenen Strings strahlenförmig von der Oberfläche, wie die Härchen auf einem Tennisball 1 bis 10 Mikrometer. Die hydrophoben Gruppen können selektiv anzuziehen und absorbieren die langkettigen Kohlenwasserstoffe aus der Öl-Wasser-Gemisch, dann "Speichern" oder erfassen die Kohlenwasserstoffe in den vielen porösen Oberflächen der behandelten Partikel.

Im Vergleich zu anderen Prozessen, OOPS ist relativ einfach und effizient: Es erfolgt bei niedrigen Temperaturen (ca. 100 Grad C) und sehr geringe Mengen an Chemikalien, die selbst recycelt werden können, sobald die Behandlung abgeschlossen ist.

Zeolith-Überraschung

Wie sie Möglichkeiten zur Verbesserung der OOPS gesucht haben, die Forscher begannen zu begreifen, dass ihre Behandlungsprozess tatsächlich Flugasche Partikel in Zeolithen verwandelte — mikrokristallinen Moleküle mit großen Flächen und große Poren.

Zeolithe, die natürlich oder künstlich sein können, sind für viele Anwendungen geschätzt. Zum Beispiel in der Öl- und Gas Industrie absorbieren sie und Filtern Moleküle und chemische Reaktionen katalysieren.

"Wir stolperte über die Tatsache, dass der erste Schritt in unserem Umgang mit Flugasche Zeolithe mit einer sehr hohen Adsorption charakteristischen, aus einem Produkt machte sonst verschwendet, gegangen wäre", sagt Siegel. "Dadurch, dass unsere Forschung andere Anwendungen möglicherweise weil normalerweise Zeolithe ziemlich teuer sind."

500 Prozent mehr Öl absorbiert

Seal Team herausgefunden, dass Flugasche Partikel behandelt, um möglichst viele Zeolithe auf der Oberfläche deutlich erhöht, ihre Fläche und Porosität, führt auf eine weitaus größere Kapazität, Öl zu absorbieren.

"Sorption Ölkapazität der Zeolith Flugasche wurde stark verbessert-bis zu 500 Prozent — durch chemische Modifikation" das Team berichtet in einem kürzlich erschienenen Artikel in Environmental Science and Technology.

"Leider treten jährlich auf Ölverschmutzungen aller Größen – es wird großartig sein, wenn sie in sicherer und kostengünstiger Weise behandelt werden können, während der Aufnahme auch wieder des Öls" sagte Lynnette Madsen, Program Director für NSF Keramik Division, die die schnelle finanziert Forschungsstipendium.

"Die Flugasche Zeolithe sind eine bessere Alternative für weit verbreitete synthetische Sorptionsmittel für Oil Spill Bereinigung aufgrund seiner hohe Sorption Ölkapazität und hohen Auftrieb," die Autoren. "Dieses Material verringert erheblich die Kosten für Öl Ölpest Reinigung und Sanierung der Umwelt Öl verunreinigt."

Anmerkung der Redaktion: Die Forscher in Behind the Scenes Artikel dargestellt wurden von der National Science Foundation, der Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik unterstützt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen-Archiv.