高科技
利用纳米粒子和磁体分离水中油
当油混入水，传统的清洁水移除油的方法要求较高、非常昂贵并且对环境有一定危害。但奥斯汀的德克萨斯大学科克雷尔工程学院认为他们可能提出了一种更好的方法。
在一项发表在纳米粒子研究杂志的研究中，研究者利用磁性纳米粒子通过一种依靠静电力和磁体的简单过程从水中分离油。工程师们认为他们的新技术能改进油气开采中的水处理，更有效地清理石油泄漏，并有可能移除饮用水中的铅。
今天，纳米粒子这种能被不同的类似聚合物等化学物质包裹的微小粒子被用于大量领域和工业，包括医学、能源以及电子。纳米粒子的多功能性启发了德克萨斯大学团队的新探索，试图将这种粒子应用于石油开采中，以降低其对环境的影响，并提升陆上和海上钻探的效率。他们认为所提出的技术可被用于处理水力压裂法中使用的数百万加仑淡水，并能帮助清洁饮用水。
credit: 煎蛋画师Chon
现代石油开采方法可以分离出采出水中的95%的石油，但会遗留小型石油液滴，难以提取，这使得水处理变得很具挑战性并对环境会造成一定影响。
研究第一作者、石油和自然地理工程系的助理研究员Saebom Ko说道：“这一新技术针对的是水中那很难移除的一点点石油，只有移除了这些石油才能认为这些水经过处理了。利用磁性纳米粒子的优势是小型的石油液滴能附着在纳米粒子上，并且分离速度相比传统物理分离过程快得多，这是因为磁力相比引力大出几个量级。”
Ko与一个包括石油和自然地理工程教授Hugh Daigle、生物医学工程教授Thomas Milner以及研究员Chun Huh在内的团队一同为磁性纳米粒子设计了表面涂层，使其可以用于移除石油。他们利用了一种名为高梯度磁分离的技术，这种技术也被用在采矿中分离金属和食品工业中移除有毒粒子。
团队的主要进步是为纳米粒子设计了能够利用静电力粘附石油液滴的表面涂层。团队将表面电荷为正电荷的聚合物涂在了磁性纳米粒子表面。于是带正电的磁性纳米粒子就能通过静电吸引力抓获带负电的石油液滴。这一过程在实验室测试中只需要几秒钟，同样也能反过来进行。如果目标物质表面带正电，磁性纳米粒子就能被涂上带负电的聚合物以吸引目标。
Daigle说道：“这是个简单的想法。我们借助了这些纳米粒子的磁性使其牢牢抓住石油液滴，从而用磁体将石油拉取出来。”
Credit: 科克雷尔工程学院
这一技术的简单性和磁性纳米粒子的灵活性使得研究者开始考虑不同的应用。
Daigle说道：“可能的应用远不限于石油领域，因为通过设计适当的表面涂层，就能在外面涂上任何选择的化学物质来粘附目标物并将其拉取出来。”
研究者预期设计一种方法，利用这些纳米粒子清洁海洋中的石油泄漏。他们还在探索利用磁性纳米粒子移除饮用水中的铅和其他污染物，计划在本夏天进行测试。
对于油气开采，该团队正计划设计一种有能力快速处理大量石油和水的处理系统，对于陆上和海上石油开采而言十分关键。
Ko说道：“我们目前正在研发一种不含化学产品的再生过程以重利用纳米粒子。其他的再生过程都是使用化学物提取石油，会产生其他危险废料。我们相信通过循环和再利用纳米粒子，不仅能减少经营成本，也是一种减少危险废料的对生态环境无害的过程。”
