Le forage et la fracturation hydraulique sous les fonds marins produisent chaque année 100 milliards de barils d'eaux usées contaminées par le pétrole en libérant de minuscules gouttelettes de pétrole dans l'eau environnante.

La plupart des efforts pour éliminer le pétrole de l'eau se concentrent sur l'élimination des grandes nappes de pétrole des déversements industriels, mais elles ne conviennent pas pour éliminer les minuscules gouttelettes. Au lieu, les scientifiques cherchent de nouvelles façons de nettoyer l'eau.

Maintenant, des chercheurs de l'Université de Toronto (U de T) et de l'Imperial College de Londres ont mis au point une éponge qui élimine plus de 90 % des microgouttelettes d'huile des eaux usées en dix minutes.

Après avoir capté l'huile des eaux usées, l'éponge peut être traitée avec un solvant, qui libère l'huile de l'éponge. L'huile peut alors être recyclée; l'éponge, prêt à être réutilisé.

L'éponge améliore un concept précédent :l'auteur principal, le Dr Pavani Cherukupally, maintenant du Département de génie chimique de l'Impériale, avait développé une première version de l'éponge au cours de son doctorat. à l'U de T. Bien que l'éponge précédente ait enlevé plus de 95 pour cent de l'huile dans les échantillons testés, cela prenait trois heures, bien plus que ce qui serait utile dans l'industrie.

L'acidité et l'alcalinité ont également posé un problème, car le pH des eaux usées contaminées dictait le bon fonctionnement de l'éponge. Le Dr Cherukupally a déclaré :"Le pH optimal pour notre système était de 5,6, mais les eaux usées réelles peuvent avoir un pH de quatre à dix. Alors que nous atteignions le sommet de cette échelle, nous avons vu l'élimination de l'huile chuter de manière significative, jusqu'à seulement six ou sept pour cent.

Maintenant, Dr Cherukupally, avec l'Université de Toronto et des universitaires impériaux, a modifié chimiquement l'éponge pour qu'elle soit potentiellement utile à l'industrie. La nouvelle éponge fonctionne plus rapidement, et sur une gamme de pH beaucoup plus large que la version précédente.

Les résultats sont publiés aujourd'hui dans Durabilité de la nature .

Secrets d'éponge

Pour créer l'éponge originale, Le Dr Cherukupally a utilisé des mousses de polyuréthane ordinaires, similaires à celles que l'on trouve dans les coussins de canapé, pour séparer les minuscules gouttelettes d'huile des eaux usées. L'équipe a soigneusement ajusté la taille des pores, chimie de surface, et superficie, pour créer une éponge qui attire et capture les gouttelettes d'huile - un processus connu sous le nom d'« adsorption » - tout en laissant passer l'eau.

Pour améliorer les propriétés de l'éponge dans la nouvelle étude, L'équipe du Dr Cherukupally a travaillé avec des chimistes de l'Université de Toronto pour ajouter de minuscules particules d'un matériau connu sous le nom de silicium nanocristallin aux surfaces de mousse. Ils pourraient alors mieux contrôler la surface de l'éponge et la chimie de surface, améliorer sa capacité à capturer et à retenir les gouttelettes d'huile, un concept connu sous le nom d'énergie de surface critique.

Après utilisation, l'éponge peut être retirée de l'eau et traitée avec un solvant, libérant l'huile de sa surface.

Le Dr Cherukupally a déclaré :« Le concept d'énergie de surface critique vient du monde de la recherche sur l'encrassement biologique, en essayant d'empêcher les micro-organismes et les créatures comme les balanes de s'attacher à des surfaces comme les coques de navires.

"Normalement, vous voulez garder l'énergie de surface critique dans une certaine plage pour empêcher l'attachement, mais dans notre cas, nous l'avons manipulé pour que les gouttelettes s'accrochent fermement.

"Il s'agit de sélectionner stratégiquement les caractéristiques des pores et de leurs surfaces. Les éponges commerciales ont déjà de minuscules pores pour capturer de minuscules gouttelettes. Les éponges en polyuréthane sont fabriquées à partir de produits pétrochimiques, ils ont donc déjà des groupes chimiques qui les rendent bons pour capturer les gouttelettes.

"Le problème était que nous avions moins de groupes chimiques que ce qui était nécessaire pour capturer toutes les gouttelettes. J'ai donc travaillé avec des chimistes de l'Université de Toronto pour augmenter le nombre de groupes chimiques, et avec le professeur Daryl Williams de l'Impériale pour obtenir la bonne quantité de revêtement."

Nettoyage d'huile

La co-auteure, la professeure Amy Bilton de l'Université de Toronto, a déclaré :« Les stratégies actuelles de nettoyage des déversements de pétrole sont axées sur la marée noire flottante, mais ils manquent les microgouttelettes qui se forment dans l'eau."

"Bien que notre éponge ait été conçue pour les eaux usées industrielles, l'adapter aux conditions d'eau douce ou marines pourrait aider à réduire la contamination de l'environnement par de futurs déversements. »

Le Dr Cherukupally continuera d'améliorer les performances de l'éponge pour les applications pétrolières et s'est associé au Dr Huw Williams du Département des sciences de la vie de l'Impériale pour étudier comment les éponges pourraient éliminer les bactéries de l'eau salée.

Elle veut aussi utiliser les éponges pour traiter la contamination par le gaz, exploitation minière, et industries textiles, et veut rendre la technologie abordable pour une utilisation dans les pays en développement, principalement pour débarrasser les rivières contaminées des matières organiques, métaux lourds, et pathogènes.