ナノバブルとは何か!12

ナノバブルとは何か!12

ナノバブルを化学式で表したイラストを、Googleの画像検索で調べてみました。
このイラストがもっともシンプルです。
ナノバブルの表面がOH-(水酸化物イオン、もしくはヒロドキシラジカル)で覆われています。

今回は、2018年11月、『Environmental Engineering Science』に発表されたナノバブルの安定性に
関する論文をもとに考察してみたいと思います。
著者はJay N. Meegoda, Shaini Aluthgun Hewage, Janitha H. Batagoda氏ら、New Jersey Institute of Technology所属の研究者の方々です
https://www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/ees.2018.0203

「ナノバブルの応用に取り組むためには、ナノバブルの長期的な安定性の理由を知ることが重要です。
そこで、ナノバブルの気泡サイズ分布とゼータ電位を決定するための包括的な実験室調査を行い、
まず4つの異なるガスを用いて実験し、次に異なる塩濃度、pHレベル、および溶液の温度を用いて
検証を行ないました。結果は、平均気泡サイズが水へのガス溶解度に依存し、ゼータ電位はガスがOH-を
生成する能力に依存することを示しました。
水とガスの界面はイオンです。
また、別の実験結果では、高いpH、低温、低塩濃度の溶液中で、マイナスのゼータ電位を有する気泡を
生成できることを示しました。高pH溶液は、より小さい安定したナノバブルを生み出しました。
気泡径は塩濃度の上昇とともにわずかに増加しました。
しかし、気泡の大きさは溶液温度に大きく依存しませんでした。長期試験では、時間とともに気泡のゼータ
電位が低下し、バブルサイズが大きくなることを示しました。
気体拡散により、時間とともに気泡サイズが減少すると予想されるにもかかわらず、結果は気泡サイズの増加を示しました。
これは、時間の経過とともにバブルが合体し、大きな気泡を形成するブラウン運動の減少により、
ゼータ電位と気泡の動きの減少によるものと考えられます」
この説では、ナノバブルも時間経過により、徐々に大きくなり、ゼータ電位も減少すると唱えられています。
ゼータ電位の減少は、すなわちOH-の減少と理解してもよいでしょう。
*50~200nmのナノバブルは、強固なOH-の殻で形成されているため、長期間安定します。

これも想像ですが、ナノバブルの生成とは、水溶液中にOH-を作り出すことなのではないでしょうか。
大量のOH-が存在すると、OH-は安定するために、気体を核として球状に集まるはずです。
OH-が多いほど、OH-は、自己を安定化させるために多くのナノバブルを作り出すと考えても良いのではないかと思います。
何故なら、粒径が小さくなるほどバブルの表面積が広くなりますので、OH-は安定できます。
また、バブルの数が多ければ多いほど、これもまた表面積は広くなりますので、安定できるのではないでしょうか。
次回は、容液中のOH-の量とナノバブルの粒径・濃度の関係、そして長期安定性に関する考察を深めてみたいと思います。