El potencial zeta cosas importantes para las nanoburbujas

  • Publicado: jueves, 22 noviembre 2018
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  • Modificado: viernes, 1 mayo 2020

¿Por qué es importante el potencial zeta para las burbujas ultrafinas?

Las propiedades eléctricas de las burbujas de gas son importantes para determinar la interacción de las nanoburbujas cuando se fusionan y cómo interactúan con otros materiales, como partículas sólidas o gotas de aceite. El conocimiento sobre esto ayuda al desarrollo de aplicaciones en, por ejemplo, desnatadores de proteínas, flotación de espuma, procesamiento de alimentos, lavado de superficies y purificación.

potencial zeta burbujas ultrafinas

Doble capa eléctrica alrededor de burbuja ultrafina

Cuando una burbuja se suspende en líquido, está rodeada de iones con carga opuesta. El entorno de la nanoburbuja existe en dos partes. Una región cercana interna llamada capa Stern donde los iones están fuertemente unidos y una región difusa externa donde los iones están menos firmemente unidos. La región exterior es como una nube mantenida unida por fuerzas electrostáticas; Consiste en varios iones de polaridades opuestas. Todo el sistema forma una doble capa eléctrica. El desarrollo de una carga neta en la superficie líquida de la partícula de burbuja afecta la distribución de iones en la región inter-facial vecina. Esto da como resultado una mayor concentración de iones contrarios cerca de la superficie. Cuando la nanoburbuja se mueve a través del líquido, los iones dentro del límite se mueven con la burbuja. Cualquier ión más allá del límite no se mueve con la burbuja. El límite que llamamos cizalla hidrodinámica o el plano de deslizamiento. El potencial en esta superficie se llama potencial zeta.

Diagrama que muestra la concentración iónica y la diferencia de potencial en función de la distancia desde la superficie cargada de una partícula suspendida en un medio de dispersión

Alto y bajo potencial zeta

El potencial Zeta se puede medir en mV. El potencial Zeta mide la magnitud de la repulsión o atracción de carga electrostática entre partículas, burbujas o gotitas. El potencial Zeta es uno de los parámetros fundamentales para afectar la estabilidad. El potencial Zeta proporciona información detallada sobre las causas de dispersión, agregación o floculación y puede aplicarse para mejorar la formulación de dispersiones, emulsiones y suspensiones.

Coloides estables e inestables, con agregación y sedimentación.

Iones H + y OH-

Mayor potencial zeta significa estabilidad a nano burbujas en suspensión debido a la repulsión entre las burbujas. Un potencial zeta más bajo conduce a la coagulación y es menos estable. Un Potencial Zeta más bajo significa un valor más cercano a cero. El Potencial Zeta es positivo o negativo y un alto potencial zeta puede ser un número alto positivo o alto negativo para ser estable. La carga de la solución depende de iones positivos H + o más iones negativos OH-. Los estudios han demostrado que las burbujas en el agua destilada tienen carga negativa. En promedio, una burbuja en agua destilada tiene un potencial zeta de -35 mV a un pH de 5.8 cuando se miden diferentes tamaños de burbuja, no hay relación entre la magnitud del potencial zeta y el diámetro de la burbuja.

Cuando los iones H + y OH- están en juego, el pH también está presente y es un factor importante, por lo que, al medir el potencial zeta, siempre haga esto en combinación con el pH. Cuando el potencial zeta es negativo, la interfaz gas-agua se carga negativamente con iones OH-. El agua tiene un exceso de iones OH- en comparación con los iones H +. El valor negativo del potencial zeta bajo un amplio rango de pH sugiere que OH- se adsorbe más eficazmente a la interfaz que H +. A veces, el potencial zeta es positivo, esto sucede, es decir, en condiciones ácidas más fuertes, es decir, cuando se disuelve el gas CO2.

Los investigadores explicaron la adsorción de OH- en la interfaz por la diferencia de energía de hidratación entre H + y OH- o por la orientación de los dipolos de agua en la interfaz con átomos de hidrógeno apuntando hacia la fase de agua y átomos de oxígeno hacia la fase gaseosa, causando una atracción de aniones a la interfase.

La carga eléctrica de la interfaz gas-agua está relacionada con la red de agua que une el hidrógeno. La carga eléctrica de la interfaz en la solución acuosa es causada por un mayor exceso de H + y OH- en la interfaz que en la masa. Estos iones son los elementos esenciales de la red de enlace de hidrógeno, por lo que la información estructural de la interfaz gas-agua debe incluir un mayor número de estos iones en la interfaz que en la fase acuosa en masa. Como el valor negativo del potencial zeta para burbujas en un amplio rango de pH sugiere que OH- es más efectivo que H + para influir en la estructura microscópica de la interfaz gas-agua.

El alcohol tiene un impacto negativo en las burbujas ultrafinas

El alcohol, tanto el metanol, el etanol y los alcoholes superiores tienen un impacto negativo en el potencial zeta al reducir el valor negativo. Los alcoholes tienden a absorber la interfaz gas-agua y la adición de una pequeña cantidad de alcohol perturba significativamente la red de enlace de hidrógeno en la interfaz.

Para la estabilidad de las burbujas, algunas investigaciones anteriores descubrieron que las burbujas de aire eran estables en solución durante 4 días, mientras que las burbujas de CO2 duraban solo 1 o 2 horas. Estudios más recientes mostraron que las burbujas ultrafinas en un laboratorio en condiciones perfectas son estables durante 4 a 6 meses.

Coloides estables e inestables

La gente a menudo se pregunta si las burbujas ultrafinas se extienden de manera uniforme a través del agua o si se agrupan en una región del agua. Como las burbujas se comportan igual que las partículas en un coloide. Un coloide es una solución que tiene partículas que oscilan entre 1 y 1000 nanómetros de diámetro y aún pueden permanecer distribuidas de manera uniforme en toda la solución. Estos también se conocen como dispersiones coloidales porque las sustancias permanecen dispersas y no se depositan en el fondo del recipiente. Cada partícula coloidal dispersa en la solución está cargada eléctricamente debido a sus características iónicas y atributos bipolares.

Potencial Zeta en práctica y aplicaciones

Horticultura y agricultura

Un alto potencial zeta significa una solución estable para las raíces de las plantas, esto es positivo, ya que pueden absorber más fácilmente los nutrientes debido a una mayor probabilidad de absorción. Una solución nutritiva para plantas con un bajo potencial zeta muestra nutrientes agrupados que son menos accesibles para las raíces de las plantas.

Remediación de lagos y estanques

Las bacterias probióticas son un componente importante para la limpieza de aguas residuales, remediación de lagos y estanques y limpieza de fosas sépticas. Las bacterias probióticas son aeróbicas, requieren oxígeno como fuente de energía y cuanto más oxígeno, mejor. Una bacteria probiótica tiene un tamaño entre 200 nm y 10,000 nm en comparación con una burbuja de nano acniti promedio entre 85 y 120 nm. Las bacterias probióticas acumulan nutrientes del medio ambiente por difusión. Una alta concentración de oxígeno en el agua con un alto potencial zeta ayuda a estas bacterias positivas a prosperar. Con un alto potencial zeta, los nutrientes para las bacterias probióticas están bien dispersos a través de la solución y los hace fácilmente accesibles. Cuando la solución de agua tiene un bajo potencial zeta, los nutrientes se agrupan menos accesibles y las bacterias probióticas tardarán más en limpiar el cuerpo de agua.

Tratamiento de aguas

En el sistema de tratamiento de agua, el monitoreo del potencial Zeta da una indicación de la cantidad de químicos o burbujas ultrafinas que necesitan dosificarse.

Biofilm y bioincrustantes

El aumento en el potencial zeta de los tubos y tuberías elimina la biopelícula y la contaminación biológica de las membranas y extiende la vida útil del filtro.

Lodo

Estabilice la arcilla y otras partículas en el agua reduciendo la tendencia a la agregación para que no se depositen como lodo blando.


Radicales libres

Cuando las burbujas finas se comprimen a altas concentraciones, el potencial zeta aumentará durante la compresión, y aumenta la concentración de iones alrededor de las burbujas. Después de varios minutos de compresión, se forman tantos iones de acceso que se crean radicales libres.



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