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都柏林大學(xué)（UCD）的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的節(jié)能方法，該方法可以在水中產(chǎn)生和釋放大量亞穩(wěn)的納米級(jí)氣泡，超過(guò)自然溶解度水平。這一發(fā)現(xiàn)有可能影響許多行業(yè)，包括：廢水處理，儲(chǔ)氣，食品，生物制藥和釀造行業(yè)。

納米氣泡產(chǎn)生的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)在題為《Massive Generation of Metastable Bulk Nanobubbles in Water by External Electric Fields》的論文中發(fā)布，該論文近日發(fā)表在《Science Advances》上，該期刊是同行評(píng)審的多學(xué)科開(kāi)放獲取科學(xué)期刊。

微米大小的氣泡是直徑小于50微米（μm）的微小氣泡，微米（μm）等于一米的百萬(wàn)分之一，它們具有許多工業(yè)應(yīng)用，包括廢水處理。然而，由于內(nèi)部氣體的快速溶解，微米級(jí)氣泡的尺寸減小，并最終在水下消失，這限制了它們的應(yīng)用潛力。

納米氣泡也是微小的氣泡，但是在納米級(jí)。納米是一米的十億分之一，例如一個(gè)DNA分子大約2.5納米寬，人的頭發(fā)約 60,000-100,000 納米寬。與微米級(jí)氣泡相反，納米氣泡在熱力學(xué)上可以穩(wěn)定好幾個(gè)月甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，因此具有增強(qiáng)的氣體傳輸性能和更大的工業(yè)應(yīng)用潛力。

迄今為止，科學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)易于控制的方法來(lái)促進(jìn)納米氣泡的形成和納米氣泡的釋放。UCD化學(xué)與生物過(guò)程工程學(xué)院的Niall English教授和Mohammad Reza Ghaani博士發(fā)現(xiàn)了一種新的、節(jié)能且易于控制的方法來(lái)生成和釋放大量納米氣泡。

UCD化學(xué)與生物過(guò)程工程學(xué)院的Niall English教授闡述了這一發(fā)現(xiàn)，他說(shuō)：“新的發(fā)現(xiàn)涉及電場(chǎng)的應(yīng)用，電場(chǎng)會(huì)在氣液界面上造成瞬態(tài)負(fù)壓區(qū)域，從而導(dǎo)致氣體以納米級(jí)氣泡形式摻入液體中。它非常節(jié)能，無(wú)添加劑，可用于多種氣體，并且大大提高了氣體在水中的溶解度，并且是高度亞穩(wěn)的，至少持續(xù)了幾個(gè)月?！?/p>

他補(bǔ)充說(shuō)：“在與卡爾加里大學(xué)的Peter Kusalik教授合作完成一項(xiàng)研究計(jì)劃之后，我們對(duì)電場(chǎng)中的納米氣泡遷移率有了良好的理論理解，這有助于我們對(duì)納米氣泡穩(wěn)定性的微觀認(rèn)識(shí)?！奔{米氣泡科學(xué)的這一發(fā)展?jié)摿O大地提高了氣體傳輸速率，并帶來(lái)了許多工業(yè)部門的運(yùn)營(yíng)效率的階梯式變化，包括儲(chǔ)氣，廢水處理，生物制藥，釀造，農(nóng)業(yè)和食品等行業(yè)。

UCD化學(xué)與生物過(guò)程工程學(xué)院的Mohammad Reza Ghaani博士說(shuō)：“我們產(chǎn)生納米氣泡的新方法具有多種商業(yè)應(yīng)用，并有可能在幾個(gè)月內(nèi)提高將氣體直接存儲(chǔ)在水溶液中的能力。此外，它還具有潛在地將溶解氣體水平提高幾倍，從而提高處理廢水的能力，并增強(qiáng)了氧氣受限的生化和生物制藥反應(yīng)中的傳質(zhì)，例如食品和釀造行業(yè)的發(fā)酵過(guò)程?！?/p>

他補(bǔ)充說(shuō)：“與UCD的知識(shí)轉(zhuǎn)化團(tuán)隊(duì)合作，我們申請(qǐng)了專利，我們還希望通過(guò)UCD衍生公司將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化?！?/p>

論文的合著者，卡爾加里大學(xué)化學(xué)系教授Peter Kusalik教授說(shuō)：“我們的工作還揭示了納米氣泡表觀穩(wěn)定性的分子起源，否則，由于納米氣泡的尺寸很小，它們可能不穩(wěn)定。行為的起源可以追溯到液態(tài)水和氣體之間邊界處水分子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。還解釋了為什么在施加電場(chǎng)時(shí)可以看到這些原本不帶電的氣泡在移動(dòng)。因此，這項(xiàng)研究能夠?yàn)橐郧傲钊速M(fèi)解的問(wèn)題提供清晰一致的解釋。”

English教授總結(jié)道：“我們要感謝愛(ài)爾蘭公司Specialities Sciences在研究過(guò)程中使用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）設(shè)備。”
（責(zé)任編輯：fqj）