Några av de snabbaste videokamerorna som någonsin utvecklats har använts av KAUST-forskare för att klargöra hur förändringar i molekylär skala på vattenytor kan påverka prestandan för reningar i industriell skala.

En faktor som påverkar emulsioners stabilitet är hur snabbt små bubblor eller droppar går ihop till större droppar. Ivan Vakarelski, en forskare i Sigurdur Thoroddsens labb, noterar att denna typ av koalescens drivs av variabler som sträcker sig från bubbelstorlek, kollisionshastighet, och "friheten" för molekyler belägna vid flytande ytor.

"När vätskor kommer i kontakt med ett fast ämne, de tenderar att fastna på grund av starka molekylära krafter. I kontrast, en ren vätska som utsätts för luft kan röra sig relativt enkelt - vi kallar det ett mobilt gränssnitt, "förklarar Vakarelski." Det är en grundläggande egenskap som bestämmer beteendet hos många skum och emulsioner. "

Nyligen, Thoroddsen och hans team använde sin expertis inom höghastighetsbilder för att observera kollisioner mellan luftbubblor som bildas i ett perfluorkolväte, en vätska med liknande viskositet som vatten som kan raffineras till ett ultrarent tillstånd. Till deras förvåning, dessa bubblor smälte inte ihop så snabbt som förväntat. Istället, den höga rörligheten hos luft-perfluorkolvätegränsytan fick bubblorna att upprepade gånger studsa av varandra innan de smälte samman.

I deras senaste verk, KAUST-forskarna utvidgade sina undersökningar till världens viktigaste vätska – vatten. Ett rent luft-vatten-gränssnitt är tänkt att vara mobilt, dock, många studier tyder på att de har låg molekylär frihet eftersom de är mycket mottagliga för kontaminering.

För att lösa detta problem, Vakarelski hjälpte till att utforma ett experiment som använde tunna filmer av fettsyror för att helt immobilisera en fri vattenyta. Sedan, de släppte ut millimeterstora luftbubblor som flöt till gränssnittet och kraschade in i det. När bilder av de studsande bubblorna jämfördes med bilder tagna på renade vattenytor, laget såg att fettsyrafilmen drastiskt minskade studsningsgraden.

"En vanlig uppfattning är att när vatten exponeras för atmosfären i ett laboratorium, det är omöjligt att hålla det rent nog för att vara mobil, "säger Vakarelski." Men vår studie visar att detta inte är korrekt - en standardreningsanordning ger ett gränssnitt som studsar bubblor ganska starkt tillbaka. "

Framgångsrika tester av detta tillvägagångssätt med andra vätskor, som etanol, indikerar att bubbelanalys kan hjälpa till att lösa problem i livsmedelsbearbetningsapplikationer såväl som kemisk produktion.