Vaso Autônomo de Grafeno para Sucção e Armazenamento de Corpo Líquido de Óleo Derramado

Scientific Reports volume 6, Número do artigo: 22339 (2016) Citar este artigo

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Apesar dos avanços notáveis ​​em ciência e tecnologia, a estratégia para coleta de óleo derramado permaneceu quase a mesma desde o derramamento de óleo de Santa Bárbara em 1969. O recipiente de grafeno desenvolvido aqui pode trazer uma mudança importante, mas básica, na estratégia de coleta de óleo derramado. Quando é colocado na água do mar coberta de óleo, o recipiente de grafeno separa seletivamente o óleo, então coleta e armazena o óleo coletado no recipiente sozinho, sem nenhuma entrada de energia externa. A capilaridade e a gravidade trabalham juntas para encher este protótipo de recipiente de grafeno com o óleo derramado a uma taxa superior a 20.000 litros por metro quadrado por hora (LMH) com pureza de óleo superior a 99,9% e permite que o recipiente resista a uma cabeça de água de 0,5m. A embarcação também tem excelente estabilidade química e reciclabilidade. Uma área expandida de contato com o óleo, consideravelmente maior que a espessura da camada de óleo, forma-se na interface da espuma de óxido de grafeno reduzido (rGO) ao entrar em contato com o óleo derramado. Essa área de contato expandida não muda muito, mesmo quando a camada de óleo fica mais fina. Como resultado, a alta taxa de coleta de óleo é mantida durante a recuperação do óleo derramado.

Derramamentos de óleo causaram poluição de rios e mares, resultando em graves problemas ambientais e ecológicos1,2,3. Desde 1963, aproximadamente 28.000.000 de barris de petróleo foram derramados por acidentes e a possibilidade de grandes acidentes de derramamento de óleo aumentou com o desenvolvimento industrial e a perfuração de petróleo em águas profundas. Surpreendentemente, a estratégia de coleta de óleo usada para o derramamento de óleo do Golfo do México em 2010 foi praticamente a mesma do derramamento de óleo de Santa Bárbara em 1969, apesar dos avanços notáveis ​​feitos em ciência e tecnologia desde 1969.

Por outro lado, tem havido um grande número de estudos sobre remoção de óleo, seja para absorção de óleo ou separação óleo/água. Para a absorção de óleo, as esponjas de nanomateriais têm sido amplamente utilizadas devido à sua baixa densidade e superhidrofobicidade. Óxido de grafeno reduzido4,5,6,7,8,9, nanotubo de carbono (CNT)10,11,12, fibra de carbono13 e polímero14,15 foram utilizados principalmente como matéria-prima para fabricação de esponjas, mostrando excelente capacidade de absorção de óleo, eficiência e reutilização. Para a separação óleo/água, membrana e malha superhidrofóbicas ou superhidrofílicas, feitas de CNT16,17,18, polímero19,20,21, hidróxido metálico22 ou silicato23,24, foram usadas para passagem seletiva de óleo ou água para separação óleo/água. Em particular, o tipo de membrana16,17,19,20 foi eficiente para separar a emulsão de óleo e água devido ao seu pequeno tamanho de poro, enquanto o tipo de malha21,22,23,24 rendeu alto fluxo com poros grandes. Uma caixa de malha de cobre oxidado foi recentemente proposta para separação in situ e coleta de óleo derramado25 e, posteriormente, a caixa de malha foi revestida com ácido palmítico para melhorar o desempenho26.

Para que qualquer esquema seja útil para coletar óleo derramado na água do mar, várias condições devem ser atendidas. Um dispositivo flutuante, quando colocado na água do mar para a coleta, deve ser robusto o suficiente para suportar o respingo da água do mar e ser eficaz mesmo quando tombado. O material utilizado deve ser quimicamente estável, pois o petróleo bruto contém solventes orgânicos, como tolueno e outros hidrocarbonetos, que podem dissolver o material. Para separar seletivamente o óleo e impedir que o óleo coletado no dispositivo se misture novamente com a água do mar circundante, as paredes do dispositivo devem suportar a pressão da água do mar quando submersa pelo peso do óleo coletado e respingada pela água do mar.

Neste trabalho, apresentamos um recipiente autônomo de grafeno que satisfaz as condições. A embarcação separa o óleo derramado da água do mar, coleta e armazena o óleo coletado na embarcação sem nenhuma entrada de energia externa. Para construir o vaso, desenvolvemos um processo de montagem mediado por íons seguido de recozimento para depositar óxido de grafeno reduzido (rGO) a partir de uma solução de nanoplaquetas de óxido de grafeno (GO) em malha de cobre. Este recipiente de grafeno é essencialmente um recipiente vazio fechado, cujo casco é feito de malha de cobre que, por sua vez, é revestida com espuma rGO cobrindo toda a superfície, por dentro e por fora. Inúmeros poros na espuma rGO sugam rapidamente o óleo derramado por força capilar como uma esponja e o óleo aspirado flui para dentro do vaso por gravidade.