Ключ к удержанию газа в растворах
Газы играют важную роль во многих химических реакциях, и одним из способов их удержания в растворах является формирование пузырьков. Однако крупные пузырьки быстро лопаются, высвобождая газ. В отличие от них, нанопузырьки, диаметром меньше человеческого волоса, способны удерживать газ в себе на протяжении длительного времени — месяцев. Это даёт больше времени для протекания химических реакций.
Доктор Хамидреза Самуи из Техасского университета A&M объяснил интерес группы к исследованию тем, что при введении газа в раствор в промышленных масштабах необходимо минимизировать его потери и максимально использовать для химических реакций. Главная цель — удерживать газ в растворе как можно дольше, чтобы он не выходил из раствора и пузырьки не лопались.
Группа исследователей изучила причины стабильности нанопузырьков. Результаты их работы опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry. Учёные выяснили, что стабильность нанопузырьков в значительной степени определяют их электрические заряды и взаимодействие этих зарядов с растворителем. На стабильность пузырьков также влияют добавки, присутствующие 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 трёх факторов оказалось определяющим для вероятности слипания нанопузырьков в более крупные и менее стабильные.
Способность нанопузырьков удерживать газ в растворе делает возможными и эффективными очистку сточных вод, гидропонное выращивание растений и дезинфекцию. При использовании нанопузырьков в гидропонике производители получают больший урожай, чем если выращивают те же растения без внимания к размерам пузырьков газов. Нанопузырьки увеличивают содержание кислорода в воде, создавая оптимальные условия для роста многих культур.
Понимание стабильности нанопузырьков — часть более крупного исследовательского проекта. Учёные вводят углекислый газ в солевые растворы для извлечения из них различных минералов. Этот метод, известный как добыча из рассолов, позволяет получать минералы, которые используются, например, в производстве литиевых батарей и магниевых удобрений. Исследователи поняли, как продлить срок жизни нанопузырьков, что поможет сделать их ключевым инструментом в добыче минералов из рассолов.
