Газы играют значимую роль в различных химических реакциях, и одним из методов их удержания в растворах является образование пузырьков. В отличие от крупных пузырьков, нанопузырьки, имеющие диаметр меньше человеческого волоса, способны удерживать газ в себе на более длительный срок — до нескольких месяцев. Это предоставляет больше времени для протекания химических реакций.
«Когда речь идет о введении газа в раствор в промышленных масштабах, наша цель — минимизировать потери и максимально использовать газ для химических реакций. Мы стремимся удерживать газ в растворе как можно дольше, в идеале — бесконечно, чтобы предотвратить его выход из раствора и разрушение пузырьков», — пояснил интерес группы к исследованию доктор Хамидреза Самуи (Hamidreza Samouei).
Исследовательская группа из Техасского университета A&M изучила факторы, влияющие на стабильность нанопузырьков. Результаты их работы опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry.
Ученые обнаружили, что стабильность нанопузырьков в значительной степени зависит от их электрических зарядов и взаимодействия этих зарядов с растворителем. На стабильность пузырьков также влияют добавки, находящиеся в растворе. Авторы статьи представили данные о нанопузырьках азота, кислорода, гелия, n-бутана и углекислого газа.
Команда химиков подтвердила жизнеспособность своей концепции экспериментально. Результаты показали, как стабильность нанопузырьков зависит от полярности растворителя, величины дипольного заряда нанопузырьков и адсорбции ионов добавок. Взаимодействие этих трех факторов оказалось решающим для вероятности слипания нанопузырьков в более крупные и менее стабильные.
Способность нанопузырьков удерживать газ в растворе открывает возможности для эффективной очистки сточных вод, гидропонного выращивания растений и дезинфекции. При использовании нанопузырьков в гидропонике производители получают больший урожай, чем при выращивании тех же растений без учета размеров пузырьков газов. Нанопузырьки увеличивают содержание кислорода в воде, создавая оптимальные условия для роста многих культур.
Изучение стабильности нанопузырьков является частью более обширного исследовательского проекта. Ученые вводят углекислый газ в солевые растворы для извлечения различных минералов. Этот метод, известный как добыча из рассолов, позволяет получать минералы, используемые, например, в производстве литиевых батарей и магниевых удобрений. Исследователи выяснили, как продлить срок жизни нанопузырьков, что поможет сделать их ключевым инструментом в добыче минералов из рассолов.