Bubbleteknologin har dykt upp som ett kraftfullt verktyg för att ta itu med miljöföroreningar, förbättra vattenreningsprocesser och öka industri- och jordbruksproduktionen. Sådana nya tillämpningar av denna teknik har dykt upp på grund av de unika egenskaperna hos nanobubblor (NB) – gasbubblor som är mindre än 1 000 nanometer (nm) i diameter.
I synnerhet uppvisar NB i vatten, särskilt de med diameter mindre än 200 nm, låg flytförmåga, hög massöverföringseffektivitet, hög reaktivitet och exceptionell stabilitet. Den underliggande mekanismen bakom deras stabilitet har dock förblivit svårfångad, med de flesta studier som endast fokuserar på de tidsmässiga förändringarna i storleken och ytladdningen av NBs och förbiser förändringarna i deras koncentration under olika förhållanden.
För att ta itu med denna fråga har ett team av forskare under ledning av docent Myoung-Hwan Park från Sahmyook University i Sydkorea nyligen undersökt antalet och stabiliteten hos högkoncentrations-NB i vatten under olika förhållanden. Deras studie publicerades i Applied Water Science .
Dr Park påpekar vikten av NB:er, "Den mest lovande konsekvensen av att använda NB är att de kan förbättra den ursprungliga prestandan för olika komponenter utan några ytterligare kemikalier."
Forskarna producerade först luft-NBs i vatten med hjälp av en skräddarsydd NB-generator, med över två miljarder NB:s per ml vatten, var och en cirka 100 nm i storlek. De analyserade stabiliteten hos NB:erna med hjälp av nanopartikelspårningsanalys, som innebär att en laser lyser på partiklar i nanoskala suspenderade i en vätska och spårar deras rörelser under ett mikroskop.
Denna teknik gjorde det möjligt för forskarna att undersöka hur antalet och storleken av NB:s förändras under olika förhållanden, inklusive lagring vid olika temperaturer och exponering för fysiska effekter som centrifugering, skakning och omrörning.
De fann att NB:erna behöll 80–90 % av sin initiala koncentration under alla testade förhållanden. Närmare bestämt när den lagras vid 5 o C, 25 o C, 60 o C och 80 o C under 120 dagar bibehöll NB:erna 85,7 %, 81,0 %, 103 % respektive 84,8 % av sin initiala koncentration.
Dessutom, när de utsattes för centrifugering i 90 minuter, bibehöll NB:erna mer än 90 % av sin initiala koncentration, och efter åtta timmars skakning var motsvarande värde 96 %. Omrörning av NB-lösningen i åtta timmar förändrade inte heller deras koncentration nämnvärt. Dessutom uppvisade NB:erna ingen signifikant förändring i storlek i något av ovanstående tester.
Dessa fynd indikerar att sub-200-nm NB:er uppvisar anmärkningsvärd stabilitet under olika förhållanden. "OBS visar betydande potential för verkliga tillämpningar inom massproduktion och distribution av bubbelteknologi inom olika områden, såsom läkemedel, kosmetika, städning, miljö, livsmedel, jordbruk och mer", säger Dr Park. "Dessutom arbetar forskare för att minska beroendet av skadliga men oumbärliga kemikalier, och användningen av ofarliga gaser och NB:er kan ytterligare stödja deras ansträngningar", avslutar han.
Denna studie kan därmed öppna nya vägar för bubbelteknologier som erbjuder lovande utsikter för en säkrare miljö och förbättrad effektivitet inom vattenrening, industri, jordbruk och vidare.
Mer information: Chan-Hyun Cho et al, Bedömning av nanobubblor under 200 nm med ultrahög stabilitet i vatten, Applied Water Science (2023). DOI:10.1007/s13201-023-01950-1
Tillhandahålls av Sahmyook University
