On the role of surface charge and surface tension tuned by surfactant in stabilizing bulk nanobubbles

表面张力 肺表面活性物质 化学物理 成核 离子键合 最大气泡压力法 气泡 化学 饱和(图论) 分子 离子 热力学 材料科学 纳米技术 机械 有机化学 物理 数学 生物化学 组合数学
作者
Xiaotong Ma,Mingbo Li,Xuefei Xu,Chao Sun
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:608: 155232-155232 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.155232
摘要

The abnormal stability of bulk nanobubbles has attracted substantial attention from academia and industry since classical Epstein–Plesset theory predicts that gas bubbles cannot keep stable thermodynamic equilibrium spontaneously. The dual nature of ionic surfactants, acting simultaneously as charge carriers and attenuators of surface tension at the gas–liquid interface, enables them to play a unique role in bulk nanobubble stabilization. Herein the stability of bulk nanobubbles in anionic, cationic and nonionic surfactant solutions over a wide range of concentration is studied. Experimental results show that different kinds of surfactant molecules are involved in the nucleation and stabilization of bulk nanobubbles in different ways. We demonstrate that the accumulation of net charges carried by surfactant ions at the interface is predominantly responsible for stabilizing nanobubbles, instead of the reduction of surface tension. With theoretical calculations, we further quantify the coupling action of interfacial tension and surface charge on the stable equilibrium state of bulk nanobubbles. The result illustrates that the interfacial tension and the degree of gas saturation together determine the upper limit of the bubble size that can exist stably. Our study identifies a route to explore the intrinsic mechanism of bulk nanobubble’s stability.
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