I ricercatori dell'University College Dublin (UCD) hanno scoperto un nuovo metodo efficiente dal punto di vista energetico per generare e rilasciare volumi sostanziali di metastabili, bolle di gas su scala nanometrica nell'acqua, in eccesso rispetto ai livelli di solubilità naturale. La scoperta ha il potenziale per interrompere una serie di settori tra cui; trattamento delle acque reflue, stoccaggio del gas, cibo, biofarmaceutico e birraio.

La scoperta della generazione di nanobolle è stata annunciata in un articolo scientifico intitolato Massive Generation of Metastable Bulk Nanobubbles in Water by External Electric Fields appena pubblicato su Progressi scientifici , una rivista scientifica multidisciplinare ad accesso aperto peer-reviewed.

Le bolle di dimensioni micron sono minuscole bolle di gas con un diametro inferiore a 50 micron (μm), un micron (μm) è un milionesimo di metro, e hanno una serie di applicazioni industriali, anche nel trattamento delle acque reflue. Tuttavia le bolle di dimensioni micron diminuiscono di dimensioni e alla fine scompaiono sott'acqua a causa della rapida dissoluzione del loro gas interno, che ne limita il potenziale industriale.

Le nanobolle sono anche minuscole bolle di gas ma su scala nanometrica (nm). Un nanometro è un miliardesimo di metro, e per esempio una molecola di DNA è ca. 2,5 nm di larghezza e un capello umano è ca. 60, 000—100, 000 nm di larghezza. Le nanobolle sono termodinamicamente metastabili per molti mesi o anche più a lungo, in contrasto con bolle di dimensioni micron, e hanno quindi proprietà di trasferimento del gas migliorate e un maggiore potenziale industriale.

La sfida per gli scienziati fino ad oggi è stata lo sviluppo di metodi facilmente controllabili per promuovere la formazione di nanobolle e il rilascio di nanobolle.

La scoperta di un nuovo, Un metodo efficiente dal punto di vista energetico e facilmente controllabile per generare e rilasciare grandi volumi di nanobolle è stato realizzato dal professor Niall English e dal dott. Mohammad Reza Ghaani presso la Scuola di ingegneria chimica e dei bioprocessi dell'UCD.

Delineando la scoperta, Professor Niall inglese, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering ha dichiarato:"La nostra nuova scoperta fondamentale riguarda l'applicazione di campi elettrici, che causano regioni transitorie di pressione negativa alle interfacce gas-liquido, con conseguente incorporazione di gas in liquidi in forma di bolle su scala nanometrica. È molto efficiente dal punto di vista energetico, senza additivi, e funziona per una vasta gamma di gas e la solubilità del gas notevolmente migliorata in acqua è altamente metastabile, almeno per molti mesi».

Ha aggiunto, "A seguito del completamento di un programma di ricerca in collaborazione con il professor Peter Kusalik presso l'Università di Calgary, abbiamo stabilito una buona comprensione teorica della mobilità delle nanobolle nei campi elettrici che contribuisce alla nostra conoscenza microscopica della stabilità delle nanobolle".

Questo sviluppo nella scienza delle nanobolle ha il potenziale per aumentare drasticamente le velocità di trasferimento del gas e fornire un cambiamento radicale nelle efficienze operative di una serie di settori industriali, Compreso; stoccaggio del gas, trattamento delle acque reflue, bio-farmaceutico, birra, agricoltura e cibo.

Dott. Mohammad Reza Ghaani, Scuola UCD di ingegneria chimica e dei bioprocessi, disse, "Il nostro nuovo metodo di generazione di nanobolle ha molteplici applicazioni commerciali e ha il potenziale per aumentare la capacità di immagazzinare gas direttamente in soluzioni acquose per mesi. Inoltre ha il potenziale per aumentare di diversi livelli di gas disciolto, con conseguente maggiore capacità di trattare le acque reflue e anche migliorare il trasferimento di massa nelle reazioni biochimiche e biofarmaceutiche limitate all'ossigeno, come i processi di fermentazione nell'industria alimentare e della birra".

Ha aggiunto, "Lavorando con il team di trasferimento delle conoscenze di UCD presso NovaUCD abbiamo presentato domande di brevetto e stiamo anche cercando di commercializzare la tecnologia attraverso una società spin-out di UCD".

Coautore della carta, Professor Peter Kusalik, Dipartimento di Chimica, Università di Cagliari, disse, "Il nostro lavoro rivela anche le origini molecolari dell'apparente stabilità delle nanobolle, che altrimenti ci si potrebbe aspettare che non siano stabili a causa delle loro dimensioni molto ridotte. Le origini del comportamento possono essere ricondotte alla struttura unica delle molecole d'acqua al confine tra l'acqua liquida e il gas".

"La spiegazione spiega anche perché queste bolle altrimenti prive di carica possono essere viste muoversi quando viene applicato un campo elettrico. Pertanto, questo studio è in grado di fornire una spiegazione chiara e coerente a un problema precedentemente sconcertante".

Il professor inglese ha concluso, "Vorremmo ringraziare la società irlandese Particular Sciences per l'accesso alle apparecchiature di diffusione dinamica della luce (DLS) utilizzate durante questa ricerca".

L'articolo (ad accesso libero) è intitolato "Generazione massiva di nanobolle metastabili in massa nell'acqua da campi elettrici esterni".