Evaporación acelerada, derrames de petróleo y economía de la desalinización del agua

Aquí hay un acertijo interesante. Los fluidos electrorreológicos son aceites no conductores que llevan un rociado de nanopartículas dieléctricas, como el óxido de titanio. Al aplicar un campo eléctrico a estos fluidos, las nanopartículas se juntan, convirtiendo el líquido en sólido.

Los fluidos electrorreológicos tienen todo tipo de aplicaciones en dispositivos como amortiguadores, frenos y caderas artificiales donde los ingenieros los utilizan para cambiar instantáneamente la resistencia al movimiento.

Pero hoy Kunquan Lu y sus amigos del Instituto de Física en Beijing, China, dicen que algo extraño ha estado sucediendo en su laboratorio donde estudian fluidos electrorreológicos durante algunos años.

La base de sus fluidos electrorreológicos es el aceite de silicona, un fluido viscoso espeso que es notablemente robusto y estable.

Pero Lu y compañía han notado algo extraño cuando agregan nanopartículas de óxido de titanio al aceite de silicona: de repente comienza a evaporarse. Han descubierto que en tan solo unos días, una fracción significativa del líquido simplemente desaparece.

Eso es una gran sorpresa. El aceite de silicona puro se puede almacenar durante años o incluso décadas sin un indicio de evaporación. Es difícil imaginar qué podría inducir a este material a flotar en el aire.

Lu y compañía han estado investigando el fenómeno. Han probado nanopartículas de diferentes tamaños y materiales, la densidad de la suspensión e incluso dos formas minerales diferentes de óxido de titanio.

Es fácil imaginar que las nanopartículas que flotan en la superficie del líquido aumentan la superficie y que es esto lo que permite una mayor tasa de evaporación.

Lu y compañía dicen que eso no es lo que está pasando en su laboratorio. Dan dos razones. Primero, la tasa de evaporación del aceite de silicona puro es tan baja para empezar que incluso si las nanopartículas duplicaron el área de superficie, esto no podría explicar la dramática evaporación que miden.

En segundo lugar, si un aumento en la superficie fuera responsable, debería ser posible aumentar la tasa de evaporación utilizando nanopartículas más pequeñas.

Pero eso no sucede. De hecho, parece haber un tamaño de partícula óptimo por debajo del cual la tasa de evaporación se ralentiza.

Las medidas han arrojado otra sorpresa. Lu y sus colegas probaron la tasa de evaporación con dos tipos de nanopartículas de óxido de titanio llamadas anatasa y rutilo, que tienen diferentes estructuras cristalinas. Y es esto lo que resulta tener el mayor impacto en la tasa de evaporación.

Entender por qué es un desafío. El óxido de titanio anatasa forma cristales con bordes bien definidos, por lo que las nanopartículas no son esféricas. Lu y sus colegas especulan que las moléculas de aceite en la superficie de un cristal cercano a estos bordes están unidas con menos fuerza que otras moléculas.

En consecuencia, estas moléculas flotan más fácilmente (consulte la figura anterior). Ellos plantean la hipótesis de que es este proceso el que acelera la evaporación, pero dicen que se necesita más trabajo para caracterizar exactamente lo que está sucediendo.

Ese es un hallazgo enormemente significativo. La capacidad de acelerar la evaporación del petróleo podría tener consecuencias importantes en todo tipo de áreas, por ejemplo, en la forma en que los ingenieros limpian los derrames de petróleo y otras formas de contaminación.

Entonces existe la posibilidad de repetir este proceso en agua. La evaporación mejorada podría cambiar drásticamente la economía de la desalinización, llevando agua limpia y barata a áreas que anteriormente no tenían. Una tasa de evaporación elevada conducirá a un tratamiento eficaz y económico del agua contaminada o a la desalinización del agua de mar, dicen Lu y compañía.

Sin embargo, si el mecanismo de Lu y compañía es correcto, el agua será más difícil de conquistar que el petróleo. Dado que es menos viscoso, las nanopartículas de óxido de titanio tienden a precipitarse del líquido. Eso dificultaría la activación del mecanismo que describen Lu y compañía.

Sin embargo, no está más allá de las posibilidades de que los químicos encuentren algún truco útil para prevenir esto, tal vez con otros cristales o con recubrimientos de un tipo u otro.

Lo que es seguro es que el trabajo de Lu y sus colegas generará un interés significativo. La economía de la purificación del agua y de la limpieza del aceite es de suma importancia.

Ref: arxiv.org/abs/1210.6101 : Evaporación de líquidos mejorada con nanopartículas: un estudio de caso de aceite de silicona y agua

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