Desarrollan una membrana capaz de eliminar hidrocarburos del agua

Una membrana remueve contaminantes orgánicos, hidrocarburos y grasas derivadas de la extracción del petróleo.

En pruebas de laboratorio, la membrana desarrollada, similar a una delgada tela de color café claro, tuvo una capacidad de remoción de contaminantes orgánicos superior al 70 %, incluyendo hidrocarburos y grasas derivadas de la extracción del petróleo. Cuando está saturada se expone a una luz ultravioleta y libera los contaminantes adsorbidos.

Su creador, Juan Sebastián Flórez Varón, magíster en Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), explica que “la ‘membrana’ fue diseñada de tal manera que fuera flexible y adsorbente”.

Está compuesta por dos partes: un grupo funcional que permite que el material tenga características inteligentes, y una estructura de soporte elaborada en un material carbonoso residual de los procesos de refinación de petróleo, de ahí su color ocre.

“Material inteligente” fue la denominación que le atribuyó el investigador, dado que este material puede cambiar sus propiedades fisicoquímicas en respuesta a la luz ultravioleta. Inicialmente actúa como una trampa para contaminantes orgánicos como hidrocarburos y grasas, mezcla compleja que se genera durante la extracción de petróleo y gas natural, conocidas como aguas de producción.

Los contaminantes se adhieren a su superficie, como en un proceso de filtración. Cuando se satura se expone a luz ultravioleta, lo que provoca un cambio en sus propiedades y libera los contaminantes adsorbidos. “Esto permite limpiar y reutilizar el material en ciclos sucesivos de tratamiento de agua”, explica el magíster.

En la actualidad, las aguas de producción pasan por tratamientos largos y costosos que incluyen procesos físicos y químicos para separar el agua del crudo y reducir los contaminantes a niveles aceptables según las normativas ambientales, entre ellas la Resolución 631 de 2015 en Colombia. Sin embargo, estos procesos no siempre logran una calidad del agua suficiente para otros usos como el riego de cultivos, de ahí la relevancia de este estudio.

¿Cómo se creó?

Se realizaron varios procesos meticulosos. El investigador tomó el material carbonoso residual (granulado) y lo hizo funcional desde la química para lograr propiedades oleofílicas para retener las grasas y luego convertirse en oleofóbico, es decir capaz de repeler aceites y grasas cuando se expone a luz ultravioleta; así se remueven del agua.

Para eso utilizó un proceso llamado electrospinning (o electrohilado) que convierte el material carbonoso en membrana. “Se toma una dispersión polimérica del material y la inyecta a tasas muy bajas a través de un campo electromagnético. Imaginemos un rodillo girando y estos hilitos se van depositando y entrelazando sobre su superficie para formar la membrana”, describe el investigador.

Esta estructura de fibras imperceptibles al ojo humano (nanofibras) entrelazadas no solo brindan una enorme área de superficie para una mayor eficiencia en la captura de contaminantes, sino que también le confiere resistencia mecánica a la membrana, es decir que no se rompe fácilmente.

Pruebas de descontaminación

La evaluación del material involucró pruebas en el laboratorio, incluyendo análisis fisicoquímicos, microscopía electrónica y pruebas de filtración con muestras de agua de producción sintética. En este último incluyó la membrana en un filtro pequeño con capacidad de 500 mililitros (mL) que contenía agua artificial creada para imitar a las aguas contaminadas por la extracción de petróleo o gas natural.

Luego del montaje, la membrana se probó como material filtrante y demostró una capacidad de remoción superior al 70 % para los contaminantes orgánicos.

Dentro de sus componentes interesantes está el mecanismo de regeneración cíclica. Cuando la membrana se satura de contaminantes, simplemente se expone a luz ultravioleta y esto activa su propiedad oleofóbica liberando los contaminantes retenidos. Luego, con un simple lavado, queda lista para utilizar de nuevo.

Aunque aún queda el interrogante sobre cuánto tiempo tendría de vida útil, el experto menciona que “la idea con estos resultados es que se dé un proceso de maduración de la tecnología para conocer los limitantes y su funcionalidad completa”.

El estudio contó con la colaboración del profesor Julio César Vargas Sáenz, de la Facultad de Ingeniería de la UNAL, y de Diego Rolando Merchán Arenas, profesional de Innovación y Tecnología del Instituto Colombiano de Petróleo (ICP).