Ett nytt filter producerat av forskare från Rice University har visat sig kunna ta bort mer än 90 procent av kolväten, bakterier och partiklar från förorenat vatten som produceras genom hydrauliska sprickor (frackning) vid skifferolja och gasbrunnar.

Arbetet av Rice -kemisten Andrew Barron och hans kollegor gör ett keramiskt membran med mikroskala porer till ett superhydrofilt filter som "väsentligen eliminerar" det vanliga problemet med förorening.

Forskarna bestämde att en passage genom membranet skulle rengöra förorenat vatten tillräckligt för återanvändning vid en brunn, avsevärt minska mängden som måste lagras eller transporteras.

Arbetet rapporteras i Nature's open-access Vetenskapliga rapporter .

Filtren hindrar emulgerade kolväten från att passera genom materialets joniskt laddade porer, som är ungefär en femtedel av en mikron bred, tillräckligt liten för att andra föroreningar inte ska passera igenom. Laddningen drar till sig ett tunt lager vatten som vidhäftar till hela filtret för att avvisa oljekulor och andra kolväten och hindra det från att täppas till.

En hydrauliskt bruten brunn använder i genomsnitt mer än 5 miljoner liter vatten, varav endast 10 till 15 procent återvinns under återflödesteget. "Detta gör det mycket viktigt att kunna återanvända detta vatten, "Sa Barron.

Alla typer av filter tar inte bort alla typer av föroreningar på ett tillförlitligt sätt, han sa.

Solubiliserade kolvätemolekyler glider rakt igenom mikrofilter avsedda att ta bort bakterier. Naturligt organiskt material, som socker från guargummi som används för att göra frackningsvätskor mer viskösa, kräver ultra- eller nanofiltrering, men de gör lätt fel, särskilt från kolväten som emulgerar till kulor. Ett flerstegsfilter som kan ta bort alla föroreningar är inte praktiskt på grund av kostnaden och energin det skulle förbruka.

"Frac -vatten och producerat vatten utgör en betydande utmaning på teknisk nivå, "Sa Barron." Om du använder ett membran med porer som är tillräckligt små för att separera, de gör illa, och detta gör membranet värdelöst.

"I vårat fall, den superhydrofila behandlingen resulterar i ett ökat flöde (flöde) av vatten genom membranet och hindrar eventuellt hydrofobt material - såsom olja - att passera igenom. Skillnaden i föroreningarnas löslighet fungerar således för att möjliggöra separering av molekyler som i teorin borde passera genom membranet. "

Barron och hans kollegor använde cysteinsyra för att modifiera ytan av ett aluminiumoxidbaserat keramiskt membran, gör det superhydrofilt, eller extremt lockad av vatten. Den superhydrofila ytan har en kontaktvinkel på 5 grader. (En kontaktvinkel på 0 grader skulle vara en pöl.)

Syran täckte inte bara ytan utan även insidan av porerna, och det hindrade partiklar från att fastna på dem och förorena filtret.

I tester med fracking flowback eller producerat vatten som innehöll guargummi, aluminiummembranet visade en långsam initial minskning av flödet - ett mått på massflödet genom ett material - men det stabiliserades under laboratorietesterna. Obehandlade membran visade en dramatisk minskning inom 18 timmar.

Forskarna teoretiserade den inledande minskningen av flödet genom keramiken på grund av rening av luft från porerna, varefter de superhydrofila porerna fångade det tunna vattenskiktet som förhindrade nedsmutsning.

"Det här membranet är inte felaktigt, så det håller, "Barron sa." Det kräver lägre driftstryck, så du behöver en mindre pump som förbrukar mindre el. Och det är allt bättre för miljön. "