Физики научились отделять масло от воды при помощи гравитации

Источник материала:

Американские физики изобрели особую мембрану, способную разделять воду и масло c 100% эффективностью исключительно при помощи силы тяжести, что позволит использовать очистные сооружения на базе таких фильтров для очистки вод моря от нефтяных пятен, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.



На сегодняшний день существует множество систем, позволяющих разделять смеси из воды и маслянистых веществ. Большинство из них использует специальные мембраны, использующие различия в химических или физических свойствах масел и воды для их разделения. Как правило, для работы таких устройств необходимо высокое давление или расходные материалы, которые приходится периодически заменять. Это осложняет очистку больших объемов жидкости.




Группа ученых под руководством Аниша Тутейя (Anish Tuteja) из университета штата Мичиган в городе Энн-Арбор (США), экспериментируя с пористыми материалами различной плотности, разработала новый тип мембраны, не требующий очистки или использования внешних источников энергии.

Как объясняют физики, размер пор и структура каналов в мембране определяет, как хорошо она будет пропускать воду или другие типы жидкостей. Тутейя и его коллеги изучили поведение воды и масла при движении сквозь такие материалы и воспользовались полученными данными для создания устройства, разделяющего смесь из масел и воды на отдельные компоненты.




Этот прибор состоит из двух мембран, соединенных в виде опрокинутой на бок буквы "Г". Нижняя мембрана представляет собой железную "губку", покрытую слоем полимера из семейства силсесквиоксанов - соединения кремния, кислорода и углеводородных радикалов. Комбинация из губки и полимера создает особую конфигурацию пор, великолепно пропускающую воду и отталкивающую маслянистые вещества.

Боковая мембрана устроена аналогичным образом, однако в ней вместо силсесквиоксана применяется другой полимер - полиэтиленгликоль-диакрилат (PEGDA). Эта мембрана легко пропускает молекулы масла и задерживает молекулы воды. Работа этих мембран не требует внешних источников энергии или повышения давления в жидкости, что выгодно выделяет их на фоне других фильтров.

Ученые проверили работу своего изобретения, профильтровав смесь из 30% воды и 70% гексадекана, одного из компонентов дизельного топлива. Мембрана справилась со своей задачей - она разделила смесь из жидкостей на их отдельные компоненты. По словам ученых, мембраны пропустили всего 0,01% "неправильных" молекул.

Кроме того, устройство способно работать более 100 часов без потери в скорости фильтрации, что позволяет использовать такие фильтры для очистки больших объемов жидкости. Тутейя и его коллеги полагают, что их изобретение найдет применение при очистке сточных вод, добыче нефти и производстве топлива, а также при ликвидации нефтяных разливов.