p Nanobolhas podem existir em superfícies sólidas ou em líquidos a granel como domínios gasosos nanoscópicos. O fenômeno atraiu atenção substancial devido à longa (meta) estabilidade e potencial para aplicações práticas. Em um novo relatório, Mohammad Reza Ghaani e uma equipe de pesquisadores em química e engenharia de bioprocessos na Irlanda e no Canadá usaram uma nova abordagem para explorar a superfície da formação de nanobolhas eletrostáticas (NB). Eles observaram a estabilidade dos construtos aplicando campos elétricos externos em sistemas gás-líquido para observar a absorção massiva de gás no líquido na forma de nanobolhas. Durante um período de tempo de meses, a solubilidade do gás aumentada de 2,5 vezes para o oxigênio a 30 vezes para o metano, com base nos valores da Lei de Henry para solubilidade de gás - ou seja, quanto mais hidrofóbico o gás, quanto maior for a ingestão. Usando soluções de dinâmica molecular, Ghaani et al. revelou a origem do movimento do NB em resultado da dieletroforese, enquanto a estabilidade substancial de NB surgiu de interações de polarização de superfície. O trabalho agora está publicado em Avanços da Ciência . p Nanobolhas são formas gasosas nanoscópicas que podem existir em superfícies sólidas ou em líquidos a granel. Bulk NBs podem estar presentes na maioria das soluções aquosas devido à constante agitação e radiação cósmica - atraindo atenção significativa para aplicações em limpeza nanoscópica, para controlar o deslizamento de limite em microfluídica, tratamento de água poluída, heterocoagulação e medicina. Os cientistas atribuem a presença de longa duração de NBs ao acúmulo de carga negativa na interface bolha / líquido e a uma forte afinidade eletrônica na superfície. Independente do diâmetro do NB, as repulsões mútuas entre os RNs na água são grandes o suficiente para evitar a coalescência e retardar o aumento da flutuabilidade. Os cientistas podem regular o tamanho dos RNs na presença de agentes tensoativos e usar bolhas revestidas resultantes como agentes de contraste de ultra-som ou para administração de drogas direcionada.

p Nesse trabalho, Ghaani et al. abordou os fatores fundamentais que regem o pH do NB-, natureza sensível ao campo iônico e magnético, incluindo eletrostática de superfície. Eles tinham como objetivo determinar se os campos elétricos aplicados externamente poderiam manipular, ditar, controlar e melhorar a formação de NB. Se tais forças externas tivessem um efeito, eles investigaram seu custo de energia e alterações eletro-induzidas. Quando a equipe aplicou baixa energia elétrica, eles observaram aumento maciço e rápido da acomodação de gás NB metaestável na água. Os cientistas investigaram se os primeiros resultados do estudo para a geração de NB ocorreram no líquido a granel ou na interface do líquido e identificaram que o fenômeno era devido a NBs em massa usando uma ferramenta de detecção / diagnóstico de NB de sondagem em massa.

p A equipe inicialmente colocou água deionizada em um vaso de pressão e alimentou gás puro a ~ 90 bar, fechou o vaso e regulou a temperatura do sistema. Quando a configuração atingiu o nível de solubilidade em gás da Lei de Henry em duas horas, eles ativaram um campo elétrico estático externo sustentado dentro da água líquida usando uma fonte de corrente contínua (CC) de 60 V. Dentro de três horas ou menos, eles alcançaram um patamar de absorção de gás muito elevado na água e notaram um fluxo de moléculas de gás a partir da fase gasosa em massa no líquido durante a formação de NB, fazendo com que a pressão caia. Comparativamente, a energia necessária para formar RNs usando campos elétricos era extremamente baixa e apontava para níveis extraordinariamente altos de eficiência energética.

p Por exemplo, a energia necessária para formar NBs foi igual a 0,3 W hora / m ³ ; muito mais baixo do que em sistemas avançados, como indústrias de águas residuais (~ 40 W hora / m ³ ) Além disso, enquanto a aeração de águas residuais normalmente permitia ~ 1 a 2 mg / litro de oxigênio dissolvido, a equipe alcançou ~ 25 a 35 mg / litro de oxigênio dissolvido com RNs que eram metaestáveis ​​por meses. Usando dinâmica molecular de não-equilíbrio (NEMD) Ghaani et al. em seguida, explorou os mecanismos moleculares subjacentes por trás do aumento surpreendente da acomodação do gás observado experimentalmente na água. Parecia que quanto mais hidrofóbico o gás, quanto mais acentuado é o efeito do campo elétrico para amplificar o aumento massivo na capacidade de formar NBs em massa. Os resultados também sugeriram que a formação de NB pode ser dominada cineticamente.

p Em seguida, a equipe executou simulações de NEMD (dinâmica molecular de não-equilíbrio) para propano e metano na água e observou resultados semelhantes para ambos os gases. Durante a simulação, Ghaani et al. campos externos aplicados de intensidade muito maior do que aqueles usados ​​para os experimentos para observar resultados confiáveis ​​com relação sinal-ruído mínima, para NEMD de mais de um milhão de átomos, abrangendo dezenas de nanossegundos. Os campos mais intensos promoveram a formação de NB prontamente com maior área de superfície na simulação.

p Uma vez que a estabilidade do NB de longa duração é bem conhecida, a equipe estudou a metaestabilidade dos RNs após a remoção do campo e exposição à pressão ambiente. Para entender se os NBs estão localizados na superfície ou distribuídos em massa, a equipe usou espalhamento de luz dispersiva (DLS) como um método de sondagem em massa e detectou NBs em todo o líquido a granel. Contudo, os cientistas também observaram bolhas excepcionalmente transitórias de micro a macro na superfície de politetrafluoroetileno (PTFE) no sistema gerado pela nucleação de bolhas em escala nanométrica a micro após a aplicação de um campo elétrico. Ghaani et al. observou o excesso de oxigênio água / gás bolhas localizadas para desestabilizar mecanicamente dentro de seis horas, enquanto a perda limitada de bolhas ocorreu após seis a 50 horas. Após um período de quatro meses, os RNs restantes aumentaram de tamanho conforme medido com DLS (espalhamento de luz dispersiva).

p Desta maneira, Mohammad Reza Ghaani e colegas observaram as primeiras evidências do estudo da formação de NB em massa com maior realce para gases mais hidrofóbicos. A descoberta terá um grande impacto na fermentação, cervejarias e indústrias de tratamento de águas residuais. A equipe propõe um trabalho adicional para entender os mecanismos por trás da cinética de geração de NB, bem como a estabilização de NB depois disso. A equipe de pesquisa percebeu "líquidos nanoporosos" neste trabalho devido à presença de líquidos porosos ou "furados" com NBs gasosos de forma simples e fácil.

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