Efficient Separation of Dilute Oil Contaminations from Wastewater by Functionalized Magnetic Nanoparticles

هناك العديد من الصناعات التي تنتج كميات كبيرة من مياه الصرف المختلطة بالزيوت والتي يصعب فصل الزيت عنها. والتقنيات الحالية لفصل الملوثات النفطية تعتمد على تحليل تركيبة هذه المياه وتتطلب طاقة ومواد خام وتكلفة عالية. كما تتطلب هذه التقنيات توافر خزانات للتخزين المؤقت تكون كبيرة وذلك بسبب انخفاض خاصية الانتقاء وعمليات الصيانة المتكررة التي تحتاجها وذلك في حالة تقنيات الفصل القائمة على الأغشية. وتتعاظم هذه التحديات في حالة إنتاج كميات كبيرة من مياه الصرف وفي الحالات التي يكون فيها الزيت على شكل مستحلبات مستقرة ذات لزوجة عالية وكثافة مماثلة للمياه الملوثة (على سبيل المثال، خليط الزيت الثقيل). وعلاوة على ذلك، فإن وجود الملوثات السطحية والصلبة تزيد من تعقيدات هذه التحديات. وفي هذا المشروع، اقترحنا منهجية لاستخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية (MNPs)، ونشرها في طورها المائي لتغليف قطرات الزيت وفصلها باستخدام القوة المغناطيسية. إن خاصية الترطيب للجسيمات النانوية المصممة خصيصا سوف توفر التشتت للجسيمات النانوية في الطور المائي وستسمح لها بالتراكم على قطرات الزيت بالماء (أو داخل قطرات الزيت). قوة الجذب المغناطيسي بين الجسيمات النانوية المغناطيسية المعدلة والمغناطيس سوف تعجل من فصل الزيت وبذلك تقلل من متطلبات الطاقة لعملية الانفصال. وسوف يتم إجراء تجارب لكشف تأثير المتغيرات المختلفة مثل توزيع حجم المستحلب، وتركيز الزيت، وتركيز وتغليف الجسيمات النانونية المغناطيسية، وشدة المجال المغناطيسي على كفاءة فصل الزيت. ونقوم هنا، بتقديم تقرير عن المرحلة الأولى من الدراسة والتي تتضمن إعداد وتوصيف المستحلب المستخدم. وقد قمنا بإعداد 1% زيت في محلول الطور المائي باستخدام الدوديكان كقاعدة زيتية، والماء المتأين وكبريتات دوديكيل الصوديوم (SOS) كناشط سطحي. وقد تم تحضير المستحلب بواسطة استخدام مزيج من الخلاط السريع والفعالhigh shear mixer والسونيكاتور sonicator. تم القياس الكمي لاستقرار المستحلبات باستخدام قياس توزيع حجم القطيرات جنبا إلى جنب مع الفحص بالعين المجردة لأي فصل للجزيئات. وقد أجريت قياسات توزيع الحجم بواسطة تشتت الضوء الديناميكي في فترة تصل إلى يومين. كما نقوم بمعايرة قياس تركيز الزيت باستخدام قياس تشتت الضوء الساكن لخليط الزيت المذاب.

"There are several industries producing large quantities of dilute oily-wastewater for which the oil separation is challenging. Current technologies to separate the oil contaminants are compositional dependent, energy and material demanding, and expensive. They require large buffering tanks because of low selectivity, and frequent process maintenance in
the case of membrane-based separation technologies. These challenges are intensified for large wastewater throughput, and for conditions where the oil is in the form of stable emulsions with a high viscosity, and of comparable density
to the water phase (e.g., heavy oil-water mixture). Moreover, the presence of surfactants and solid contaminations add
complexity to the challenge. We had proposed a methodology to use magnetic nanoparticles (MNPs), dispersing them
in the aqueous phase to encapsulate the oil droplets, and to separate them using a magnet. The tailored wettability
of nanoparticles will provide dispersibility of nanoparticles in the aqueous phase and will allow them to accumulate on
the interface of oil droplets with water (or inside the oil droplets). The magnetic force between modified MN Ps and a
magnet accelerates the oil separation which decreases the energy requirements for such separation process. Experiments will be conducted to investigate the effect of different variables such as emulsion size distribution, oil concentration, MNP concentration, MNP coating, and magnetic field strength on the efficiency of oil separation. Here, we report
the first phase of the study which is on emulsion preparation and characterization. We prepared 1% oil in aqueous
phase solution using dodecane as the oil phase, de-ionized water and sodium dodecyl sulfate (SOS) as surfactant.
The emulsion was prepared by a combination of high shear mixer and sonicator. The stability of the emulsions was
quantified using droplet size distribution measurement along with visual inspection of any creaming. The size distribution measurements were conducted by dynamic light scattering in a period of up to 2 days. We also calibrate the oil
concentration measurement using static light scattering measurement for dilute oil-water mixtures"