Forskare vid University College Dublin (UCD) har upptäckt en ny energieffektiv metod för att generera och frigöra betydande volymer av metastabil, nanoskaliga gasbubblor i vatten, överstigande naturliga löslighetsnivåer. Upptäckten har potential att störa ett antal industrier inklusive; avloppsrening, gaslagring, mat, bio-pharma och bryggning.

Upptäckten av nanobubblegenerationen har tillkännagivits i en vetenskaplig artikel med titeln Massive Generation of Metastable Bulk Nanobubbles in Water av External Electric Fields just publicerad i Vetenskapens framsteg , en peer-reviewed multidisciplinär öppen vetenskaplig tidskrift.

Bubblor i mikronstorlek är små gasbubblor med en diameter på mindre än 50 mikron (μm), en mikron (μm) är en miljondels meter, och de har ett antal industriella tillämpningar, inklusive vid rening av avloppsvatten. Däremot minskar bubblorna i mikron i storlek och försvinner så småningom under vattnet på grund av den snabba upplösningen av deras inre gas, vilket begränsar deras industriella potential.

Nanobubblor är också små gasbubblor men på nanometerskalan (nm). En nanometer är en miljarddels meter, och till exempel är en DNA-molekyl ca. 2,5 nm brett och ett människohår är ca. 60, 000–100, 000 nm bred. Nanobubblor är termodynamiskt metastabila i många månader eller till och med längre, i motsats till mikronstora bubblor, och har därför förbättrade gasöverföringsegenskaper och större industriell potential.

Utmaningen för forskare hittills har varit utvecklingen av lättkontrollerade metoder för att främja bildning av nanobubblor och frisättning av nanobubblor.

Upptäckten av en ny, energieffektiv och lättkontrollerad metod för att generera och frigöra stora volymer nanobubblor har gjorts av professor Niall English och Dr. Mohammad Reza Ghaani vid UCDs School of Chemical and Bioprocess Engineering.

Beskriver upptäckten, Professor Niall English, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering sa, "Vår nya grundläggande upptäckt involverar tillämpningen av elektriska fält, som orsakar övergående negativa tryckområden vid gränssnitt mellan gas och vätska, vilket resulterar i gasinkorporering i vätskor i nanoskala-bubblor. Det är mycket energisnålt, utan tillsatser, och fungerar för ett brett spektrum av gaser och den kraftigt förbättrade gaslösligheten i vatten är mycket metastabil, varar åtminstone i många månader."

Han lade till, "Efter slutförandet av ett forskningsprogram i samarbete med professor Peter Kusalik vid University of Calgary, vi har etablerat en god teoretisk förståelse av nanobubblors rörlighet i elektriska fält som bidrar till vår mikroskopiska kunskap om nanobubblors stabilitet."

Denna utveckling inom nanobubblevetenskapen har potential att dramatiskt öka gasöverföringshastigheterna och leverera en stegvis förändring i operativ effektivitet i ett antal industrisektorer, Inklusive; gaslagring, avloppsrening, bio-farma, bryggning, jordbruk och livsmedel.

Dr. Mohammad Reza Ghaani, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering, sa, "Vår nya metod för generering av nanobubblor har flera kommersiella tillämpningar och har potential att öka förmågan att lagra gas direkt i vattenlösningar under månader. Dessutom har den potentialen att öka med flera gånger upplösta gasnivåer, vilket resulterar i större kapacitet att behandla avloppsvatten och även förbättra massöverföringen i syrebegränsade biokemiska och biofarmaka reaktioner, såsom jäsningsprocesser i livsmedels- och bryggeriindustrin."

Han lade till, "Vi jobbar med UCD:s team för kunskapsöverföring på NovaUCD och har lämnat in patentansökningar och vi funderar också på att kommersialisera tekniken genom ett spin-out-företag från UCD."

Paper medförfattare, Professor Peter Kusalik, Institutionen för kemi, University of Calgary, sa, "Vårt arbete avslöjar också det molekylära ursprunget för den skenbara stabiliteten hos nanobubblor, som annars kan förväntas inte vara stabila på grund av sin mycket ringa storlek. Ursprunget till beteendet kan spåras till den unika strukturen hos vattenmolekylerna vid gränsen mellan det flytande vattnet och gasen."

"Förklaringen förklarar också varför dessa annars oladdade bubblor kan ses röra sig när ett elektriskt fält appliceras. denna studie kan ge en tydlig och konsekvent förklaring till ett tidigare förbryllande problem."

Professor engelska avslutade, "Vi vill tacka det irländska företaget Particular Sciences för tillgången till utrustning för dynamisk ljusspridning (DLS) som användes under denna forskning."

Artikeln (öppen åtkomst) har titeln "Massive Generation of Metastabil Bulk Nanobubbles in Water by External Electric Fields."