研究人員發現一種可在水中產生納米氣泡的新方法
2020-12-20 電子發燒友研究人員發現一種可在水中產生納米氣泡的新方法
科技報告與資訊 發表於 2020-04-09 17:13:18
（文章來源：科技報告與資訊）
都柏林大學（UCD）的研究人員發現了一種新的節能方法，該方法可以在水中產生和釋放大量亞穩的納米級氣泡，超過自然溶解度水平。這一發現有可能影響許多行業，包括：廢水處理，儲氣，食品，生物製藥和釀造行業。
納米氣泡產生的發現已經在題為《Massive Generation of Metastable Bulk Nanobubbles in Water by External Electric Fields》的論文中發布，該論文近日發表在《Science Advances》上，該期刊是同行評審的多學科開放獲取科學期刊。
微米大小的氣泡是直徑小於50微米（μm）的微小氣泡，微米（μm）等於一米的百萬分之一，它們具有許多工業應用，包括廢水處理。然而，由於內部氣體的快速溶解，微米級氣泡的尺寸減小，並最終在水下消失，這限制了它們的應用潛力。
納米氣泡也是微小的氣泡，但是在納米級。納米是一米的十億分之一，例如一個DNA分子大約2.5納米寬，人的頭髮約 60,000-100,000 納米寬。與微米級氣泡相反，納米氣泡在熱力學上可以穩定好幾個月甚至更長的時間，因此具有增強的氣體傳輸性能和更大的工業應用潛力。
迄今為止，科學家面臨的挑戰是開發易於控制的方法來促進納米氣泡的形成和納米氣泡的釋放。UCD化學與生物過程工程學院的Niall English教授和Mohammad Reza Ghaani博士發現了一種新的、節能且易於控制的方法來生成和釋放大量納米氣泡。
UCD化學與生物過程工程學院的Niall English教授闡述了這一發現，他說：「新的發現涉及電場的應用，電場會在氣液界面上造成瞬態負壓區域，從而導致氣體以納米級氣泡形式摻入液體中。它非常節能，無添加劑，可用於多種氣體，並且大大提高了氣體在水中的溶解度，並且是高度亞穩的，至少持續了幾個月。」
他補充說：「在與卡爾加裡大學的Peter Kusalik教授合作完成一項研究計劃之後，我們對電場中的納米氣泡遷移率有了良好的理論理解，這有助於我們對納米氣泡穩定性的微觀認識。」納米氣泡科學的這一發展潛力極大地提高了氣體傳輸速率，並帶來了許多工業部門的運營效率的階梯式變化，包括儲氣，廢水處理，生物製藥，釀造，農業和食品等行業。
UCD化學與生物過程工程學院的Mohammad Reza Ghaani博士說：「我們產生納米氣泡的新方法具有多種商業應用，並有可能在幾個月內提高將氣體直接存儲在水溶液中的能力。此外，它還具有潛在地將溶解氣體水平提高几倍，從而提高處理廢水的能力，並增強了氧氣受限的生化和生物製藥反應中的傳質，例如食品和釀造行業的發酵過程。」
他補充說：「與UCD的知識轉化團隊合作，我們申請了專利，我們還希望通過UCD衍生公司將這項技術商業化。」
論文的合著者，卡爾加裡大學化學系教授Peter Kusalik教授說：「我們的工作還揭示了納米氣泡表觀穩定性的分子起源，否則，由於納米氣泡的尺寸很小，它們可能不穩定。行為的起源可以追溯到液態水和氣體之間邊界處水分子的獨特結構。還解釋了為什麼在施加電場時可以看到這些原本不帶電的氣泡在移動。因此，這項研究能夠為以前令人費解的問題提供清晰一致的解釋。」
English教授總結道：「我們要感謝愛爾蘭公司Specialities Sciences在研究過程中使用動態光散射（DLS）設備。」
（責任編輯：fqj）
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