Характеристики двойного электрического слоя объемных нанопузырей в воде

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

При анализе характеристик двойного электрического слоя объемных нанопузырей в воде найдены условия существования их слоя Штерна. Учтено, что поверхность пузыря окружена тонким слоем “связанной” воды, поверх которой размещены противоионы слоя Штерна. Устойчивость этого слоя зависит от двух факторов: минимизации энергии Гиббса противоионов в диффузном слое и энергии их теплового движения, способной вырвать противоион из слоя Штерна и вернуть его в область диффузного слоя. Определен заряд нанопузырей, соответствующий как минимальной энергии Гиббса противоионов, так и термической стабильности слоя Штерна. Определена зависимость критического радиуса устойчивого слоя Штерна от концентрации растворенных солей.

Об авторах

Ю. К. Левин

Институт прикладной механики РАН (ИПРИМ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: iam-ras@mail.ru
Россия, 125040, Москва, Ленинградский просп., д. 7, стр. 1

Список литературы

  1. Chaplin M. Water Structure and Science, Web site: www1.lsbu.ac.uk/water/water_ structure_science.html (2018).
  2. Nazary S., Hassanzadeh A., He Y., Khoshdast H., Kowalczuk P.B. Recent developments in generation, detection and application of nanobubbles in flotation // Minerals. 2022. V. 12. № 4. P. 462. https://doi.org/10.3390/min12040462
  3. Nirmalkar N., Pacek A.W., Barigou M. On the existence and stability of bulk nanobubbles // Langmuir. 2018. V. 34. № 7. P. 10964–10973. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b01163
  4. Singh S.B., Shukla N., Cho C.H., Kim B.S., Park M.H., Kim K. Effect and application of micro- and nanobubbles in water purification // Toxicology and Environmental Health Sciences. 2021. V. 13. P. 9–16. https://doi.org/10.1007/s13530-021-00081-x
  5. Гамаюнов Н.И. Воздействие постоянного магнитного поля на движущиеся растворы и суспензии // Коллоидный журнал. 1994. Т. 56. № 2. С. 290–298.
  6. Kelsall G.H., Tang S., Yurdakult S., Smith A.L. Electrophoretic behaviour of bubbles in aqueous electrolytes // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996. V. 92. № 20. P. 3887–3893.
  7. Meegoda J.N., Hewage S.A., Batagoda J.H. Stability of nanobubbles // Environmental Engineering Science. 2018. V. 35. № 11. P. 1216–1227. https://doi.org/10.1089/ees.2018.0203
  8. Koshoridze S.I., Levin Yu.K. Comment on “Can bulk nanobubbles be stabilized by electrostatic interaction?” by S. Wang, L. Zhou and Y. Gao // Physical Chemistry Chemical Physics. 2022. V. 24. P. 10622–10625.
  9. Chan D.Y.C., Mitchell D.J. The free energy of an electrical double layer // J. Colloid Interface Sci. 1983. V. 95. № 1. P. 193–197. https://doi.org/10.1016/0021-9797(83)90087-5
  10. Бункин Н.Ф., Бункин Ф.В. Бабстонная структура воды и водных растворов электролитов // Успехи физических наук. 2016. Т. 186. № 9. С. 933−952. https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.05.037796
  11. Hewage S.A., Kewalramani J., Meegoda J.N. Stability of nanobubbles in different salts solutions // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021. V. 609. P. 125669. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125669
  12. Meegoda J.N., Hewage S.A., Batagoda J.H. Application of the diffused double layer theory to nanobubbles // Langmuir 2019.V 35. № 37. P. 12100−12112. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b01443
  13. Lopez-Garsia J.J., Moya A. A., Horno J., Delgado A. Lez-Caballero F.G. A network model of the electrical double layer around a colloid particle // J. Colloid Interface Sci. 1996. V. 183. P. 124–130. https://doi.org/10.1006/jcis.1996.0525
  14. Ma X., Li M., Pfeiffer P. Ion adsorption stabilizes bulk nanobubbles // J. Colloid Interface Sci. 2022. V. 606. P. 1380–1394. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.08.101
  15. Wang H., Varghese J., Pilon L. Simulation of electric double layer capacitors with mesoporous electrodes: Effects of morphology and electrolyte permittivity // Electrochim. Acta. 2011. V. 56. P. 6189–6197. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.03.140
  16. Kyzas G.Z. From bubbles to nanobubbles // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 10. P. 2592. https://doi.org/10.3390/nano11102592
  17. Leroy P. A double layer model of the gas bubble/water interface // J. Colloid Interface Sci. 2012. V. 388. № 1. P. 243–256. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2012.07.029
  18. Brown M.A., Goel A., Abbas Z. Effect of electrolyte concentration on the Stern layer thickness at a charged interface // Angew. Chem. Int. Ed. 2016. V. 55. P. 3790–3794. https://doi.org/10.1002/anie.201512025
  19. Fumagalli L., Esfandiar A., Fabregas R., et al. Anomalously low dielectric constant of confined water // Science. 2018. V. 360. № 6395. P. 1339–1342. https://doi.org/10.1126/science.aat41
  20. Velasco-Velez J.-J. The structure of interfacial water on gold electrodes studied by X-ray absorption spectroscopy // Science. 2014. V. 346. № 6211. P. 831–834. https://doi.org/10.1126/science.1259
  21. Левин Ю.К. Условия стабильности слоя Штерна объемных нанопузырей в воде // Изв. вузов. Физика. 2022. Т. 65. № 12. С. 55–59.
  22. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия: Учеб. для хим. спец. вузов / под ред. Стромберга А.Г. 4-е изд., испр. М.: Высшая школа, 2001.
  23. John A. Dean. Lange’s Handbook of Chemistry Tennessee, Knoxville Fifteenth Edition, McGraw-hill, Inc. 1999.
  24. Lipus L.C., Krope J., Crepinsek L. Dispersion destabilization in magnetic water treatment // J. Colloid Interface Sci. 2001. V. 236. № 1. P. 60–66. https://doi.org/10.1006/jcis.2000.7392

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (641KB)
Метаданные
3.

Скачать (35KB)
Метаданные
4.

Скачать (22KB)
Метаданные

© Ю.К. Левин, 2023