Borrning och frackning efter olja under havsbotten producerar 100 miljarder fat oljeförorenat avloppsvatten varje år genom att släppa ut små oljedroppar i omgivande vatten.

De flesta ansträngningar för att ta bort olja från vatten fokuserar på att ta bort stora oljefläckar från industriutsläpp, men dessa är inte lämpliga för att ta bort små droppar. Istället, forskare letar efter nya sätt att rena vattnet.

Nu, forskare vid University of Toronto (U of T) och Imperial College London har utvecklat en svamp som tar bort över 90 procent av oljemikrodroppar från avloppsvatten inom tio minuter.

Efter att ha tagit upp olja från avloppsvatten, svampen kan behandlas med ett lösningsmedel, som frigör oljan från svampen. Oljan kan sedan återvinnas; svampen, redo att användas igen.

Svampen förbättrar ett tidigare koncept:huvudförfattaren Dr. Pavani Cherukupally, nu vid Imperials avdelning för kemiteknik, hade utvecklat en tidig version av svampen under sin doktorsexamen. vid U av T. Även om den tidigare svampen tog bort mer än 95 procent av oljan i de testade proverna, det tog tre timmar att göra det — mycket längre tid än vad som skulle vara användbart i industrin.

Surhet och alkalinitet var också ett problem, eftersom pH för förorenat avloppsvatten dikterade hur väl svampen fungerade. Dr Cherukupally sa:"Det optimala pH-värdet för vårt system var 5,6, men verkligt avloppsvatten kan variera i pH från fyra till tio. När vi kom mot toppen av den skalan, vi såg hur oljeborttagningen minskade betydligt, ner till bara sex eller sju procent."

Nu, Dr Cherukupally, tillsammans med U of T och Imperial akademiker, har kemiskt modifierat svampen för att vara till potentiell nytta för industrin. Den nya svampen fungerar snabbare, och över ett mycket bredare pH-intervall än den tidigare versionen.

Resultaten publiceras idag i Naturens hållbarhet .

Svampiga hemligheter

För att skapa den ursprungliga svampen, Dr Cherukupally använde vanligt polyuretanskum – liknande de som finns i soffkuddar – för att separera små droppar olja från avloppsvatten. Teamet anpassade noggrant porstorleken, ytkemi, och yta, att skapa en svamp som attraherar och fångar upp oljedroppar - en process som kallas "adsorption" - samtidigt som vatten släpps igenom.

För att förbättra svampens egenskaper i den nya studien, Dr Cherukupallys team arbetade med U of T-kemister för att lägga till små partiklar av ett material som kallas nanokristallint kisel till skumytorna. De kunde då bättre kontrollera svampens yta och ytkemi, förbättra dess förmåga att fånga och behålla oljedroppar – ett koncept som kallas kritisk ytenergi.

Efter användning, svampen kan tas ur vattnet och behandlas med ett lösningsmedel, släpper ut oljan från dess yta.

Dr Cherukupally sa:"Det kritiska ytenergikonceptet kommer från en värld av biofoulingforskning - att försöka förhindra mikroorganismer och varelser som havstulpaner från att fästa på ytor som fartygsskrov.

"I vanliga fall, du vill hålla kritisk ytenergi inom ett visst område för att förhindra fastsättning, men i vårt fall vi manipulerade den för att få dropparna att klänga fast.

"Det handlar om att strategiskt välja egenskaperna hos porerna och deras ytor. Kommersiella svampar har redan små porer för att fånga upp små droppar. Polyuretansvampar är gjorda av petrokemikalier, så de har redan haft kemiska grupper som gör dem bra på att fånga droppar.

"Problemet var att vi hade färre kemiska grupper än vad som behövdes för att fånga upp alla dropparna. Jag arbetade därför med U of T-kemister för att öka antalet kemiska grupper, och med Imperials professor Daryl Williams för att få rätt mängd beläggning."

Oljerensning

Medförfattare professor Amy Bilton från U of T sa:"Nuvarande strategier för sanering av oljeutsläpp är fokuserade på den flytande oljefläcken, men de saknar mikrodropparna som bildas i vattnet."

"Även om vår svamp är designad för industriellt avloppsvatten, Att anpassa det för sötvatten eller marina förhållanden kan bidra till att minska miljöföroreningar från framtida spill."

Dr Cherukupally kommer att fortsätta att förbättra svampens prestanda för oljeapplikationer och har slagit sig ihop med Dr Huw Williams vid Imperials institution för livsvetenskaper för att undersöka hur svamparna kan ta bort bakterier från saltvatten.

Hon vill också använda svamparna för att behandla kontaminering från gas, brytning, och textilindustrin, och vill göra tekniken överkomlig för användning i utvecklingsländer – främst för att befria kontaminerade floder från organiska ämnen, tungmetaller, och patogener.