La mayoría de los científicos clasifican a las nanoburbujas como burbujas de alrededor de 100 nanómetros de diámetro, y Moleaer considera las burbujas de menos de 200 nm como nanoburbujas. A este tamaño, las nanoburbujas son nanoscópicas, lo que significa que no se pueden ver a simple vista. Es difícil comprender realmente el tamaño tan pequeño de las nanoburbujas. La forma más fácil es imaginar una burbuja que es 2.500 veces más pequeña que un solo grano de sal.
Dentro de las nanoburbujas hay gases, típicamente aire u oxígeno, aunque se puede usar cualquier gas. Debido a su tamaño y carga, las nanoburbujas exhiben propiedades únicas que mejoran numerosos procesos físicos, químicos y biológicos.
Una de las propiedades clave de las nanoburbujas es su flotabilidad neutra, lo que significa que pueden permanecer suspendidas en líquido durante meses sin subir a la superficie y liberar gases. Las burbujas más grandes, piense en las que se ven al airear una pecera, estanque o lago con un equipo de aireación tradicional, son mucho más grandes y son flotantes, subiendo rápidamente a la superficie y escapando a la atmósfera.
Las burbujas ultrafinas o nanoburbujas no se pueden ver a simple vista, por lo que los científicos que estudian las nanoburbujas utilizan equipos especiales para analizarlas. Antes de entrar en más detalles sobre estos productos especializados, compartiremos una forma sencilla de ver nanoburbujas que cualquiera puede hacer.
Las nanoburbujas generadas en un líquido se pueden ver fácilmente haciendo brillar un lápiz láser verde de bajo costo a través de una muestra de agua desionizada tratada con nanoburbujas. Usando un vaso de precipitados transparente, se puede tomar una muestra del líquido que contiene las nanoburbujas junto con una segunda muestra de control de agua desionizada sin nanoburbujas. La luz del láser dirigida al agua aparecerá fluorescente. Cuanto más brillante es la luz (en comparación con la muestra de control), mayor es la concentración de nanoburbujas porque la luz se refracta en las nanoburbujas presentes el agua. Esta es una forma rápida de averiguar si ha generado nanoburbujas, según el Dr. Sohail Akhter, vicepresidente de Investigación y Desarrollo de Moleaer.
Usar el láser no es la forma más científica de ver y analizar nanoburbujas. Los científicos han establecido métodos más consistentes y confiables de generación y caracterización de nanoburbujas.
La técnica de análisis de seguimiento de nanopartículas (NTA por sus siglas en inglés, Nanoparticle Tracking Analysis) a través de la gama de productos NanoSight de Malvern Panalytical es particularmente eficiente en la detección y análisis (tamaño, distribución y concentración) de burbujas tamaño extremadamente pequeño (en comparación con las burbujas "convencionales"). Esta técnica NTA ofrece una capacidad única para caracterizar nanoburbujas mediante la visualización directa de partículas a nanoescala en suspensión (10 nm a 2000 nm) con alta resolución, en tiempo real y con una preparación mínima de la muestra. NanoSight de Malvern Panalytical fue pionero en esta técnica y sigue siendo la opción principal del sector y de Moleaer.
NanoSight de Malvern Panalytical utiliza las propiedades de la dispersión de la luz y el movimiento browniano (el movimiento aleatorio de las partículas) para obtener el tamaño de partícula y el número de nanoburbujas en una suspensión líquida. Se pasa un rayo láser a través de la cámara de muestra, y las partículas o nanoburbujas en suspensión en la trayectoria del haz, dispersan la luz de tal manera que se pueden visualizar fácilmente a través de un microscopio de aumento de 20x con una cámara montada. La cámara, que funciona a aproximadamente 25 fotogramas por segundo (fps), captura un archivo de video de las partículas o nanoburbujas que se mueven bajo el movimiento browniano dentro del campo de visión de aproximadamente 100 μm x 80 μm x 10 μm.
Se puede tomar un análisis completo de la concentración de nanoburbujas en cuestión de minutos, según el Dr. Ragy Ragheb, especialista técnico de Malvern Panalytical. Puede obtener más información sobre la gama de productosNanoSight y también ver una demostración en su ordenador.
Malvern Panalytical ofrece instrumentación líder para medir la dispersión de luz dinámica y electroforética (DLS y ELS, respectivamente) a través de la gama de productos Zetasizer, proporcionando el tamaño de nanoburbuja y el potencial Zeta desde unos pocos nanómetros hasta 100 micrómetros de diámetro. Esto ayuda a los científicos a comprender la estabilidad coloidal de las nanoburbujas a través de mediciones de potencial Zeta y les permite medir la carga efectiva general de las nanoburbujas.
La dispersión electroforética de la luz (ELS), una técnica utilizada para medir la movilidad electroforética de partículas en dispersión, o moléculas en solución, es una forma de medir el potencial Zeta. La movilidad electroforética significa que las partículas se mueven bajo la influencia de un campo eléctrico, y esto está controlado por la magnitud de la carga. Varios gases suelen producir cargas negativas en cualquier lugar de -20 a -27 mV.
El potencial Zeta es un aspecto importante de la estabilidad de la burbuja. Debe medirse porque la carga de las nanoburbujas puede determinar su capacidad para unirse y eliminar contaminantes y otras partículas en un líquido. Por ejemplo, un mayor potencial Zeta significa una mayor estabilidad contra la coalescencia y destrucción de burbujas. Las nanoburbujas son típicamente estables porque hay algo de carga presente en la interfaz gas-líquido. Lo más probable es que los aniones de hidróxido de OH cargados negativamente ayuden a estabilizar las burbujas.
La dispersión electroforética de la luz (ELS, por sus iniciales en inglés) puede medir la carga negativa efectiva de estos objetos. La magnitud potencial zeta normalmente podría disminuir en magnitud cuando se agregan sales. Esto sucede cuando está protegiendo las cargas alrededor de la burbuja.
Moleaer se basa tanto en la validación de universidades e instituciones de investigación, como en pruebas e investigaciones internas para establecer el tamaño y la concentración de nanoburbujas en el agua enriquecida con nanoburbujas de Moleaer. A continuación hay una descripción general de algunas de las investigaciones que validan la tecnología de nanoburbujas de Moleaer.
Investigadores independientes utilizaron la serie de productos NanoSight de Malvern Panalytical para validar el tamaño y la concentración de las nanoburbujas de Moleaer. Paul Westerhoff, Ph.D., Director Adjunto de Tratamiento de Aguas Habilitada por Nanotecnología (NEWT) y Profesor Regentes en la Escuela de Ingeniería Sostenible y Medio Ambiente de la Universidad Estatal de Arizona (ASU), confirmó las propiedades oxidativas de las nanoburbujas de Moleaer y la formación de radicales hidroxilo en este estudio.
Según la evaluación realizada por el profesor de UCLA y experto en aireación, Michael Stenstrom, la tecnología de nanoburbujas de Moleaer logra una eficiencia de transferencia de oxígeno del >85% en condiciones estándar (SOTE) por pie de agua en comparación con el <3% SOTE por pie de agua con métodos de aireación convencionales.
"Los generadores de nanoburbujas de Moleaer proporcionan la mayor eficiencia de transferencia de oxígeno de cualquier tecnología de aireación que haya probado", informa Stenstrom.
Eficiencia en la transferencia de Oxígeno
Reza Ovissipour, profesor asistente en el Departamento de Ciencia y Tecnología de Alimentos de Virginia Tech, demostró que las nanoburbujas de Moleaer eliminaron completamente la película de biofilm de V. Parahaemolyticus en menos de dos minutos, y redujeron de 1 a 3 registros de biofilm de E. Coli y Listeria en los primeros cinco minutos, tanto en superficies de plástico como de acero.
Moleaer está abordando las complejidades de nuestros recursos hídricos al proporcionar una solución escalable, libre de químicos y sostenible para empresas de todo el mundo. Los generadores Moleaer se adaptan a aplicaciones específicas.
Por ejemplo, su modelo Kingfisher se utiliza para ayudar a restaurar la sanidad de lagos y estanques a través del poder de las nanoburbujas y la alta transferencia de gas. Este generador de nanoburbujas de 10m3/hr fue diseñado para cuerpos de agua difíciles de tratar y proporciona una herramienta simple y efectiva para los responsables de gestionar lagos. Otros generadores fabricados por Moleaer incluyen Clear, Lotus, Neo, Nexus, Titan Series y XTB.
El equipo de Moleaer utiliza la instrumentación y los métodos mencionados anteriormente para proporcionar a las empresas un análisis exhaustivo de las nanoburbujas que se generan en una solución líquida, cuerpo de agua, etc.
Su equipo de Investigación y Desarrollo, dirigido por Sohail Akhter, Ph.D., está compuesto por varios. científicos PhD e ingenieros con experiencia en química coloidal y de superficies, química y análisis del agua, ingeniería ambiental, ingeniería civil, ingeniería química, tecnología de nanoburbujas, instrumentación analítica, prototipos 3D e hidráulica.
Para obtener más información sobre cómo medir, ver y estudiar nanoburbujas, vea un video titulado "La ciencia detrás de la tecnología de nanoburbujas", un seminario web producido conjuntamente por científicos de Malvern Panalytical y Moleaer.
Póngase en contacto con Moleaer para obtener más información sobre este tratamiento de agua libre de químicos con tecnología de nanoburbujas.