En résolvant un mystère scientifique, des chercheurs de l'Université de Houston et des laboratoires nationaux du pays ont également découvert une nouvelle voie pour éliminer les toxines de l'eau, y compris les eaux usées produites par la fracturation hydraulique.

Les résultats, décrit dans un article publié cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , aborder le paradoxe de la raison pour laquelle la barytine minérale - souvent associée à l'élément chimique strontium - est largement présente dans l'eau de mer.

L'eau de mer est sous-saturée en barytine, C'est, les concentrations en ions baryum et sulfate sont trop faibles pour former des précipités de barytine, dit Yandi Hu, professeur adjoint de génie civil et environnemental à l'Université de Houston et auteur correspondant de l'article. Le sulfate de strontium est beaucoup plus soluble dans l'eau que le sulfate de baryum, les niveaux thermodynamiques de strontium dans les précipités de sulfate de baryum doivent donc être faibles, également, elle a dit.

Mais la barytine se trouve souvent dans l'eau de mer, tout comme la barytine à base de strontium. Sur la base des découvertes sur le terrain selon lesquelles la présence de barytine et de niveaux élevés de strontium dans la barytine sont associées à la présence de matière organique, elle et ses collègues ont commencé leur étude.

En plus de Hu, les co-auteurs de l'article incluent Ning Deng et Bo Cao de UH; Andrew Stack et Julian Weber du Laboratoire national d'Oak Ridge; et James De Yoreo du Pacific Northwest National Laboratory.

"Une compréhension des précipitations de barytine dans l'océan, qui est globalement sous-saturé en barytine, est manquant, " ont-ils écrit. " De plus, la raison de l'apparition d'une teneur en [strontium] plus élevée que prévu dans la barytine marine... reste inconnue."

Les données de terrain suggèrent que les précipités de barytine étaient plus susceptibles d'être trouvés dans l'eau de mer si la matière organique était à proximité, bien que les chercheurs aient déclaré que le mécanisme spécifique des interactions minéral-organique n'est pas clair.

Pour mieux comprendre pourquoi, ils ont utilisé des films organiques dans des solutions sous-saturées et sursaturées et ont enregistré la nucléation de la barytine. Les tests ont révélé que la barytine s'est développée rapidement dans la solution, avec nucléation continue de barytine à l'interface entre la solution et le film organique.

Cette interface crée des conditions - un micro-environnement - différent de celui du corps principal de la solution, dit Hu.

"Les matières organiques peuvent enrichir les ions de la solution en vrac, rendre la solution locale à l'interface sursaturée en barytine, même lorsque la solution en vrac était sous-saturée, " a dit Hu.

La sursaturation le long du film organique y a favorisé la nucléation continue de la barytine, tandis que le fait que le sulfate de strontium présentait une énergie de nucléation inférieure a incité l'incorporation de strontium dans les précipités, elle a dit. "Cela explique les mystères."

En plus d'offrir une explication de la formation de barytine riche en strontium dans les environnements marins, les chercheurs ont déclaré que le travail offre de nouvelles perspectives pour comprendre et manipuler la nucléation et la croissance des solutions solides, ce qui pourrait conduire à de nouvelles méthodes pour éliminer les toxines de l'eau et d'autres liquides. Cela inclut la possibilité d'un moyen plus efficace d'éliminer le strontium de l'eau produite résultant de la fracturation hydraulique, dit Hu.

Elle a dit que la barytine et le strontium sont souvent trouvés dans l'eau produite; alors qu'il est relativement facile d'éliminer la barytine avec l'ajout d'un sulfate, l'élimination du strontium est plus compliquée. "Nous proposons qu'avec une présence organique, vous pouvez éliminer le strontium plus efficacement, "