Elucidation of the coalescence mechanism of nanobubbles and development of novel nano-reaction fields

阐明纳米气泡的聚结机制并开发新型纳米反应领域

基本信息

批准号：
21H01815
负责人：
庭野道夫
金额：
$ 10.82万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は前年度に引き続き、ナノバブル界面構造、バブル合体機構、ナノ反応場の解明の研究を進めた。・界面構造の研究では、赤外分光計測結果とクラスター計算結果の詳細な比較を行い、界面を構成する水分子クラスターの配列構造とクラスター間に働く相互作用を解明した。クラスター間の相互作用は、クラスターの自由OH基が持つ双極子モーメント間に働くことを明らかにした。この成果は、これまでその成因が解明されていないところの界面張力（水面の表面張力と同じものである）の理解を深めるものである。界面構造に関する一連の研究成果は論文として纏め、現在投稿中である。・合体機構については、前年度に提唱した合体物理モデルに基づいてナノバブルの長寿命性の原因を明らかにした。粒径が100nm程度以下に小さくなるとナノバブルの合体が抑制され、この抑制がナノバブルの長寿命化の一つの要因であることを明らかにした。実際に、100nm以下の粒径のバブルは1カ月以上の寿命があることを実験的に確認した。以上の研究成果も論文にまとめ、現在投稿中である。・ナノバブルの界面反応の研究では、ナノバブル同士が合体するときに発生する活性酸素について、その発生メカニズム解明のための研究を行い、二酸化炭素内包ナノバブルの場合に活性酸素生成が顕著であることを再確認した。特筆すべき成果としては、水を超音波照射した場合にもナノバブルが大量に発生し、そのナノバブルにも除菌効果があることを確認したことである。この結果は、ナノバブルを活用する上で非常に有用な知見である。また、アルコール中や重水中のナノバブルの粒径分布を計測した結果、これらの溶液中ではバブル径が水に比べて数倍大きくなることが判明した。この結果は、水以外の溶液中では界面構造が水の場合と異なることを示唆している。現在、有機溶剤中ナノバブルの界面構造解明のための研究を鋭意遂行中である。

延续去年，今年我们继续研究阐明纳米气泡界面结构、气泡聚结机制和纳米反应场。・在界面结构的研究中，我们对红外光谱测量结果和簇计算结果进行了详细比较，以阐明构成界面的水分子簇的排列结构以及簇之间的相互作用。结果表明，团簇之间的相互作用是在团簇中游离OH基团的偶极矩之间发生的。这一结果加深了我们对界面张力（与水的表面张力相同）的理解，其原因尚未阐明。一系列关于界面结构的研究成果已整理成论文，目前正在投稿。 - 关于聚结机制，我们根据前一年提出的聚结物理模型阐明了纳米气泡长寿命的原因。结果表明，当粒径变得小于约100 nm时，纳米气泡的聚结受到抑制，并且这种抑制是有助于纳米气泡更长寿命的因素之一。事实上，经实验证实，粒径在100纳米以下的气泡，其寿命可达1个月以上。上述研究成果已总结在一篇论文中，目前正在提交。・在纳米气泡的界面反应研究中，我们对纳米气泡合并时产生的活性氧的生成机制进行了研究，再次确认了在含有二氧化碳的纳米气泡的情况下，活性氧的生成显着。值得注意的结果是，证实当用超声波照射水时会产生大量纳米气泡，并且这些纳米气泡还具有杀菌作用。该结果对于利用纳米气泡是非常有用的知识。另外，对乙醇和重水中的纳米气泡的粒径分布进行测定，结果发现，这些溶液中的气泡直径比水中大数倍。该结果表明，除水之外的溶液中的界面结构与水中的界面结构不同。目前，我们正在进行研究以阐明有机溶剂中纳米气泡的界面结构。