Onderzoekers van University College Dublin (UCD) hebben een nieuwe energie-efficiënte methode ontdekt om substantiële hoeveelheden metastabiele, nanoschaal gasbellen in water, boven de natuurlijke oplosbaarheid. De ontdekking heeft het potentieel om een ​​aantal industrieën te ontwrichten, waaronder; afvalwater behandeling, gasopslag, voedsel, bio-farma en brouwen.

De ontdekking van de generatie van nanobellen is aangekondigd in een wetenschappelijk artikel getiteld Massive Generation of Metatable Bulk Nanobubbles in Water door External Electric Fields, dat zojuist is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , een collegiaal getoetst multidisciplinair open-access wetenschappelijk tijdschrift.

Bellen ter grootte van een micron zijn kleine gasbelletjes met een diameter van minder dan 50 micron (μm), een micron (μm) is een miljoenste van een meter, en ze hebben een aantal industriële toepassingen, ook bij afvalwaterzuivering. Bellen ter grootte van een micrometer nemen echter af en verdwijnen uiteindelijk onder water door de snelle oplossing van hun inwendige gas. wat hun industriële potentieel beperkt.

Nanobellen zijn ook kleine gasbelletjes, maar dan op nanometerschaal (nm). Een nanometer is een miljardste van een meter, en een DNA-molecuul is bijvoorbeeld ca. 2,5 nm breed en een mensenhaar is ca. 60, 000-100, 000 nm breed. Nanobellen zijn thermodynamisch metastabiel gedurende vele maanden of zelfs langer, in tegenstelling tot bubbels ter grootte van een micron, en hebben daardoor verbeterde gasoverdrachtseigenschappen en een groter industrieel potentieel.

De uitdaging voor wetenschappers tot nu toe was de ontwikkeling van gemakkelijk te controleren methoden om de vorming van nanobellen en het vrijkomen van nanobellen te bevorderen.

De ontdekking van een nieuwe, Een energie-efficiënte en gemakkelijk te controleren methode om grote hoeveelheden nanobellen te genereren en vrij te geven is ontwikkeld door professor Niall English en Dr. Mohammad Reza Ghaani van de UCD's School of Chemical and Bioprocess Engineering.

De ontdekking schetsen, Professor Niall Engels, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering zei:"Onze nieuwe fundamentele ontdekking omvat de toepassing van elektrische velden, die tijdelijke negatieve-drukgebieden veroorzaken op gas-vloeistofinterfaces, wat resulteert in gasopname in vloeistoffen in de vorm van bellen op nanoschaal. Het is zeer energiezuinig, zonder toevoegingen, en werkt voor een breed scala aan gassen en de sterk verbeterde gasoplosbaarheid in water is zeer metastabiel, die ten minste vele maanden duren."

Hij voegde toe, "Na de voltooiing van een onderzoeksprogramma in samenwerking met professor Peter Kusalik aan de Universiteit van Calgary, we hebben een goed theoretisch inzicht verworven in de mobiliteit van nanobellen in elektrische velden, wat bijdraagt ​​aan onze microscopische kennis van de stabiliteit van nanobellen."

Deze ontwikkeling in nanobellenwetenschap heeft het potentieel om de gasoverdrachtssnelheden drastisch te verhogen en een stapsgewijze verandering teweeg te brengen in de operationele efficiëntie van een aantal industriële sectoren, inclusief; gasopslag, afvalwater behandeling, bio-farma, brouwen, landbouw en voedsel.

Dr. Mohammad Reza Ghaani, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering, zei, "Onze nieuwe methode voor het genereren van nanobellen heeft meerdere commerciële toepassingen en heeft het potentieel om het vermogen om gas gedurende maanden rechtstreeks in waterige oplossingen op te slaan te vergroten. wat resulteert in grotere capaciteiten om afvalwater te behandelen en ook om de massaoverdracht in zuurstofbeperkte biochemische en biofarmaceutische reacties te verbeteren, zoals fermentatieprocessen in de voedings- en brouwerij-industrie."

Hij voegde toe, "In samenwerking met het kennisoverdrachtsteam van UCD bij NovaUCD hebben we octrooiaanvragen ingediend en we zijn ook van plan de technologie te commercialiseren via een UCD-spin-outbedrijf."

Paper co-auteur, Professor Peter Kusalik, Afdeling Chemie, Universiteit van Calgary, zei, "Ons werk onthult ook de moleculaire oorsprong van de schijnbare stabiliteit van nanobellen, waarvan anders zou worden verwacht dat ze niet stabiel zijn vanwege hun zeer kleine formaat. De oorsprong van het gedrag kan worden herleid tot de unieke structuur van de watermoleculen op de grens tussen het vloeibare water en het gas."

"De verklaring verklaart ook waarom deze anders ongeladen bellen kunnen bewegen wanneer een elektrisch veld wordt aangelegd. deze studie kan een duidelijke en consistente verklaring geven voor een eerder raadselachtig probleem."

Professor Engels concludeerde, "We willen het Ierse bedrijf Particular Sciences bedanken voor de toegang tot apparatuur voor dynamische lichtverstrooiing (DLS) die tijdens dit onderzoek is gebruikt."

Het (open-access) artikel is getiteld "Massive Generation of Metatable Bulk Nanobubbles in Water by External Electric Fields."