Решение научной загадки и поиск решения для промышленности

Исследователи из Хьюстонского университета и национальных лабораторий США, решая научную загадку, обнаружили новый путь для очистки воды от токсинов, включая сточные воды, образующиеся при гидроразрыве пласта. Результаты опубликованы в статье в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Работа разрешает парадокс широкого присутствия в морской воде минерала барита (BaSO₄), часто содержащего примесь стронция. Морская вода недосыщена относительно барита — концентрации ионов бария и сульфата слишком низки для его образования. Стронцийсульфат (SrSO₄) гораздо более растворим, чем бариевый, поэтому и его термодинамическое содержание в осадках барита также должно быть низким. Однако барит и барит, обогащённый стронцием, в океане встречаются. На основе полевых данных, связавших эти находки с присутствием органического вещества, учёные начали исследование. Эксперименты с органическими плёнками показали, что на границе раздела между раствором и органической плёнкой создаётся особая микросреда. Органика концентрирует ионы из объёмного раствора, делая локальный раствор на границе пересыщенным относительно барита, даже когда весь объём — недосыщён. Это пересыщение способствует непрерывному зарождению (нуклеации) кристаллов барита.

Это открытие не только объясняет загадку образования стронций-содержащего барита в океане, но и даёт новые возможности для управления нуклеацией и ростом твёрдых растворов. Это может привести к новым методам очистки воды от токсинов. В частности, появляется возможность более эффективно удалять стронций из попутных вод гидроразрыва пласта, где присутствуют и барий, и стронций. Как отметила ведущий автор Яньди Ху, удаление барита добавлением сульфата относительно просто, а стронция — сложнее: «Мы предполагаем, что при наличии органики стронций можно удалять эффективнее».