Onderzoekers nemen nanobellen met ultrahoge stabiliteit onder de loep

Bubble-technologie is naar voren gekomen als een krachtig hulpmiddel om milieuvervuiling aan te pakken, waterzuiveringsprocessen te verbeteren en industriële en agrarische productie te stimuleren. Dergelijke nieuwe toepassingen van deze technologie zijn ontstaan ​​dankzij de unieke eigenschappen van nanobellen (NB’s) – gasbellen kleiner dan 1000 nanometer (nm) in diameter.

Met name NB’s in water, vooral die met een diameter van minder dan 200 nm, vertonen een laag drijfvermogen, een hoge massaoverdrachtsefficiëntie, hoge reactiviteit en uitzonderlijke stabiliteit. Het onderliggende mechanisme achter hun stabiliteit is echter ongrijpbaar gebleven, waarbij de meeste onderzoeken zich alleen richtten op de temporele veranderingen in de grootte en oppervlaktelading van NB’s en de veranderingen in hun concentratie onder verschillende omstandigheden over het hoofd zagen.

Om dit probleem aan te pakken, heeft een team van onderzoekers onder leiding van universitair hoofddocent Myoung-Hwan Park van de Sahmyook University in Zuid-Korea onlangs het aantal en de stabiliteit van hoge concentraties NB’s in water onder verschillende omstandigheden onderzocht. Hun studie is gepubliceerd in Toegepaste Waterwetenschap.

Dr. Park benadrukt het belang van NB’s en merkt op: “Het meest veelbelovende gevolg van het gebruik van NB’s is dat ze de oorspronkelijke prestaties van verschillende componenten kunnen verbeteren zonder extra chemicaliën.”

De onderzoekers produceerden eerst lucht-NB’s in water met behulp van een op maat gemaakte NB-generator, met meer dan twee miljard NB’s per ml water, elk ongeveer 100 nm groot. Ze analyseerden de stabiliteit van de NB’s met behulp van nanodeeltjes-trackinganalyse, waarbij een laser op deeltjes op nanoschaal schijnt die in een vloeistof zijn gesuspendeerd en hun bewegingen onder een microscoop volgen.

Met deze techniek konden de onderzoekers onderzoeken hoe het aantal en de grootte van NB’s veranderen onder verschillende omstandigheden, waaronder opslag bij verschillende temperaturen en blootstelling aan fysieke effecten zoals centrifugeren, schudden en roeren.

Ze ontdekten dat de NB’s 80-90% van hun oorspronkelijke concentratie behielden onder alle geteste omstandigheden. In het bijzonder wanneer opgeslagen op 5^OC, 25^OC, 60^OC, en 80^OC gedurende 120 dagen behielden de NB’s respectievelijk 85,7%, 81,0%, 103% en 84,8% van hun initiële concentratie.

Bovendien behielden de NB’s, wanneer ze gedurende 90 minuten aan centrifugeren werden onderworpen, meer dan 90% van hun aanvankelijke concentratie en na acht uur schudden was de overeenkomstige waarde 96%. Het roeren van de NB-oplossing gedurende acht uur veranderde hun concentratie evenmin merkbaar. Bovendien vertoonden de NB’s geen significante verandering in grootte in een van de bovenstaande tests.

Deze bevindingen geven aan dat sub-200-nm NB’s opmerkelijke stabiliteit vertonen onder diverse omstandigheden. “NB’s laten een aanzienlijk potentieel zien voor real-life toepassingen in massaproductie en distributie van bubbeltechnologie op verschillende gebieden, zoals farmaceutica, cosmetica, schoonmaak, milieu, voedsel, landbouw en meer”, zegt Dr. Park. “Bovendien werken wetenschappers aan het verminderen van de afhankelijkheid van schadelijke maar onmisbare chemicaliën, en het gebruik van onschadelijke gassen en NB’s kan hun inspanningen verder ondersteunen”, concludeert hij.

Deze studie kan dus nieuwe wegen openen voor bubbeltechnologieën die veelbelovende vooruitzichten bieden voor een veiligere omgeving en verbeterde efficiëntie in waterbehandeling, industrie, landbouw en daarbuiten.