Gase sind für viele chemische Reaktionen unerlässlich und Blasen sind eine Möglichkeit, diese Gase in Lösung zu halten. Im Vergleich zu größeren Blasen weisen Nanoblasen eine höhere Stabilität auf, was bedeutet, dass sie länger in einer Lösung bleiben können, ohne zu platzen. Aufgrund ihrer erhöhten Stabilität ermöglichen sie eine höhere Verfügbarkeit von Gasen in Lösung, wodurch mehr Zeit für den Ablauf chemischer Reaktionen bleibt.
Unter der Leitung von Dr. Hamidreza Samouei erweitern Forscher der Texas A&M University ihr Verständnis darüber, was Nanobläschen – Bläschen mit einem Durchmesser, der kleiner als eine einzelne Haarsträhne ist – so stabil macht und welche Faktoren bei ihrer Stabilität eine Rolle spielen. Ihre Erkenntnisse erscheinen in einer aktuellen Ausgabe von Das Journal of Physical Chemistry.
„Wenn wir Gas im industriellen Maßstab injizieren, wollen wir dieses Gas nicht verschwenden. Wir wollen seine Nutzung für chemische Reaktionen maximieren“, sagte Samouei, wissenschaftlicher Assistenzprofessor am Harold Vance Department of Petroleum Engineering. „Das ist der Hauptzweck, das Gas für eine sehr, sehr lange Zeit in Lösung zu halten, idealerweise unendlich lange; das Gas in Lösung zu halten, ohne zu platzen.“
Forscher haben herausgefunden, dass die Stabilität von Nanobläschen weitgehend auf ihrer elektrischen Ladung und den Wechselwirkungen zwischen den Ladungen der Bläschen und dem Lösungsmittel beruht. Die Stabilität der Nanobläschen wird auch durch etwaige Zusatzstoffe in der Lösung beeinflusst.
Die Fähigkeit von Nanobläschen, Gas in Lösung zu halten, ermöglicht ihnen viele praktische Anwendungen, darunter Abwasserbehandlung, Hydrokultur und Desinfektion. Wenn Nanobläschen in der Hydrokultur verwendet werden, wachsen Pflanzen größer als ihre Gegenstücke, die ohne Nanobläschen wachsen. Nanobläschen sorgen dafür, dass mehr Sauerstoff im Wasser verfügbar ist, und schaffen so eine bessere Umgebung für das Gedeihen von Pflanzen.
Das Verständnis der Stabilität von Nanobläschen ist nur ein kleiner Teil eines größeren Forschungspuzzles. Forscher haben Kohlendioxid in Salzwasserlösungen injiziert, um verschiedene Mineralien aus der Lösung zu extrahieren. Die bei dieser Methode, dem so genannten Soleabbau, gewonnenen Mineralien werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in Lithiumbatterien und Magnesiumdüngern.
„Für dieses Projekt suchten wir nach einer Möglichkeit, die Kohlendioxidkonzentration zu erhöhen, also verwendeten wir Nanobläschen“, bemerkt Samouei. „Da wir jetzt besser verstehen, wie wir die Lebensdauer einer Nanoblase verlängern können, werden sie ein Schlüsselwerkzeug beim Soleabbau sein.“
An dieser Forschung arbeiten auch Dr. Mohammadjavad Karimi und Dr. Gholamabbas Parsafar mit.
Weitere Informationen:
Mohammadjavad Karimi et al., Polarizing Perspectives: Ion- and Dipole-Induced Dipole Interactions Dictate Bulk Nanobubble Stability, Das Journal of Physical Chemistry B (2024). DOI: 10.1021/acs.jpcb.4c03973