Forskere opdager en ny metode til at generere nanobobler i vand

Forskere ved University College Dublin (UCD) har opdaget en ny energieffektiv metode til at generere og frigive betydelige mængder metastabilt, gasbobler i nanoskala i vand, overstiger det naturlige opløselighedsniveau. Opdagelsen har potentiale til at forstyrre en række industrier, herunder; spildevandsrensning, gasopbevaring, mad, bio-pharma og brygning.

Opdagelsen af ​​nanoboblegenerationen er blevet annonceret i et videnskabeligt papir med titlen Massive Generation of Metastable Bulk Nanobubbles in Water by External Electric Fields, der netop er offentliggjort i Videnskab fremskridt , et fagfællebedømt tværfagligt videnskabeligt tidsskrift med åben adgang.

Bobler i mikronstørrelse er små gasbobler med en diameter på mindre end 50 mikron (μm), en mikron (μm) er en milliontedel af en meter, og de har en række industrielle applikationer, herunder i spildevandsrensning. Men bobler i mikronstørrelse falder i størrelse og forsvinder til sidst under vandet på grund af den hurtige opløsning af deres indre gas, hvilket begrænser deres industrielle potentiale.

Nanobubbler er også små gasbobler, men på nanometer (nm) skala. Et nanometer er en milliarddel af en meter, og for eksempel er et DNA -molekyle ca. 2,5 nm bredt og et menneskehår er ca. 60, 000—100, 000 nm bred. Nanobubbler er termodynamisk metastabile i mange måneder eller endda længere, i modsætning til bobler i mikronstørrelse, og har derfor forbedrede gasoverførselsegenskaber og større industrielt potentiale.

Udfordringen for forskere til dato har været udviklingen af ​​let kontrollerede metoder til at fremme dannelse af nanobubler og frigivelse af nanobubler.

Opdagelsen af ​​en ny, energieffektiv og let kontrolleret metode til at generere og frigive store mængder nanobubbler er blevet lavet af professor Niall English og Dr. Mohammad Reza Ghaani ved UCD's School of Chemical and Bioprocess Engineering.

Skitserer opdagelsen, Professor Niall engelsk, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering sagde, "Vores nye fundamentale opdagelse indebærer anvendelse af elektriske felter, som forårsager forbigående undertrykregioner ved gas-væske-grænseflader, hvilket resulterer i gasinkorporering i væsker i nanoskala-bobleform. Det er meget energieffektivt, tilsætningsfrit, og arbejder for en lang række gasser, og den stærkt forbedrede gasopløselighed i vand er meget metastabil, varer mindst i mange måneder. "

Han tilføjede, "Efter afslutningen af ​​et forskningsprogram i samarbejde med professor Peter Kusalik ved University of Calgary, Vi har etableret en god teoretisk forståelse af nanobobelmobilitet i elektriske felter, hvilket bidrager til vores mikroskopiske viden om nanobobelstabilitet. "

Denne udvikling inden for nanobobel-videnskab har potentiale til dramatisk at øge gasoverførselshastighederne og levere en trinvis ændring i driftseffektiviteten i en række industrisektorer, inklusive; gasopbevaring, spildevandsrensning, bio-pharma, brygning, landbrug og mad.

Dr. Mohammad Reza Ghaani, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering, sagde, "Vores nye metode til generering af nanoboble har flere kommercielle anvendelser og har potentiale til at øge evnen til at lagre gas direkte i vandige opløsninger i løbet af måneder. Desuden har det potentiale til at øge med flere gange opløste gasniveauer, resulterer i større kapacitet til behandling af spildevand og også øge masseoverførsel i iltbegrænsede biokemiske og biopharma-reaktioner, såsom gæringsprocesser i fødevare- og bryggeriindustrien. "

Han tilføjede, "I samarbejde med UCDs videnoverførselsteam hos NovaUCD har vi indgivet patentansøgninger, og vi søger også at kommercialisere teknologien gennem et UCD-spin-out-selskab."

Papir medforfatter, Professor Peter Kusalik, Institut for Kemi, University of Calgary, sagde, "Vores arbejde afslører også den molekylære oprindelse for nanoboblernes tilsyneladende stabilitet, som ellers kunne forventes ikke at være stabile på grund af deres meget lille størrelse. Adfærdens oprindelse kan spores til vandmolekylernes unikke struktur ved grænsen mellem det flydende vand og gassen. "

"Forklaringen redegør også for, hvorfor disse ellers uopladede bobler kan ses bevæge sig, når der påføres et elektrisk felt. Således kan denne undersøgelse er i stand til at give en klar og konsekvent forklaring på et tidligere forvirrende problem. "

Professor engelsk konkluderede, "Vi vil gerne takke det irske firma Particular Sciences for adgang til dynamisk lysspredningsudstyr (DLS), der blev brugt under denne forskning."

Artiklen (åben adgang) har titlen "Massiv generation af metastabile bulk-nanobubler i vand ved eksterne elektriske felter."