Nanokuplat ja niiden hyödyntäminen
Pöntynen, Simo (2016)
Kandidaatintyö
Pöntynen, Simo
2016
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201709068503
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201709068503
Tiivistelmä
Tämän kirjallisen kandidaatintyön tavoitteena on luoda yleiskuva nanokuplista ja niiden hyödyntämisestä eri käyttökohteissa, esimerkiksi teollisuudessa ja lääketieteessä, käyttäen internetin tietokannoista saatavaa materiaalia.
Nanokuplien todetaan olevan pieniä halkaisijaltaan kymmenien tai satojen nanometrien kokoisia nesteessä olevia kaasu kerääntymiä. Todella pienien kokojensa ansiosta nanokuplilla on monia suuremmista kuplista poikkeavia ominaisuuksia. Pienestä koostaan johtuen nanokuplilla on suuri ominaispinta-ala, joka on hyödyksi esimerkiksi aineensiirto- ja flotaatioprosesseille. Flotaatioprosessille hyödyllinen ominaisuus on myös nanokuplien taipumus muodostua selektiivisesti suoraan hydrofobiselle pinnalle, ohittaen näin yhden kolmesta flotaatioprosessin tehokkuudelle merkitsevistä vaiheista. Nanokuplat eivät nouse nesteessä, vaan niiden liike nesteessä muistuttaa satunnaista Brownin liikettä. Osittain tästä syystä nanokuplat säilyvät nesteessä useita tunteja ja jopa päiviä. Nanokuplien korkeat, usein negatiiviset zeta-potentiaalit, sekä kyky kerätä nesteeseen liuenneita ioneita ympärilleen lisäävät nanokuplien kestoa nesteessä.
Nanokuplat voidaan muodostaa suoraan hydrofobiselle pinnalle esimerkiksi kavitaatiolla kiihdyttämällä kaasulla kyllästetyn nesteen virtausnopeus hetkellisesti ja näin laskemalla nesteessä olevan kaasunpainetta. Nanokuplat voidaan muodostaa myös nesteeseen esimerkiksi ultraäänellä. Ultraäänellä muodostettuja kuplia käytetään esimerkiksi syövän hoitoon, ja lääkeaineilla päällystettyjen nanokuplien kohdistettuun siirtoon suoraan tulehtuneeseen solukkoon. Kuitenkin yleisin nanokuplien käyttökohde on vedenpuhdistus, jossa nano- ja mikrokuplien yhteisvaikutuksella voidaan poistaa pienetkin sameudet nesteistä. The objective of this bachelor’s thesis is to create an overview of nanobubbles and their general uses in for example industrial and medical areas. The bachelor’s thesis was made using the databases found on the internet.
Nanobubbles are stated being small gas cavities in liquid with diameters of tens or hundreds nanometers. Because of their small size nanobubbles have many properties that differentiates them from bigger bubbles. Small diameter corresponds to a large specific area which benefits mass transfer and flotation processes. Nanobubbles also tend to form directly on a hydrophobic surface skipping one of the three efficiency determining steps in flotation process. Nanobubbles have extremely low buoyancy which means they do not float towards the surface and rather move randomly in the liquid medium like a particle with a Brownian motion. Nanobubbles are really stable and can last hours or even days in the liquid because of their low buoyancy, high zeta-potentials and the ability to gather ions around themselves.
Nanobubbles can be formed directly on a hydrophobic surface. Formation can occur with cavitation by momentarily accelerating a saturated liquid. Acceleration lowers the saturated gas pressure which leads into the nucleation of a bubble. Nanobubbles can also be formed in the liquid with ultrasonic waves. Nanobubbles formed by ultrasonic waves are used for example in cancer treatment and controlled drug delivery where drug loaded nanobubbles are directed straight on the infected tissue. Most common use of nanobubbles is however the wastewater treatment process using nano- and microbubbles. Nano- and microbubbles are capable of removing impurities from liquids with really low opacities.
Nanokuplien todetaan olevan pieniä halkaisijaltaan kymmenien tai satojen nanometrien kokoisia nesteessä olevia kaasu kerääntymiä. Todella pienien kokojensa ansiosta nanokuplilla on monia suuremmista kuplista poikkeavia ominaisuuksia. Pienestä koostaan johtuen nanokuplilla on suuri ominaispinta-ala, joka on hyödyksi esimerkiksi aineensiirto- ja flotaatioprosesseille. Flotaatioprosessille hyödyllinen ominaisuus on myös nanokuplien taipumus muodostua selektiivisesti suoraan hydrofobiselle pinnalle, ohittaen näin yhden kolmesta flotaatioprosessin tehokkuudelle merkitsevistä vaiheista. Nanokuplat eivät nouse nesteessä, vaan niiden liike nesteessä muistuttaa satunnaista Brownin liikettä. Osittain tästä syystä nanokuplat säilyvät nesteessä useita tunteja ja jopa päiviä. Nanokuplien korkeat, usein negatiiviset zeta-potentiaalit, sekä kyky kerätä nesteeseen liuenneita ioneita ympärilleen lisäävät nanokuplien kestoa nesteessä.
Nanokuplat voidaan muodostaa suoraan hydrofobiselle pinnalle esimerkiksi kavitaatiolla kiihdyttämällä kaasulla kyllästetyn nesteen virtausnopeus hetkellisesti ja näin laskemalla nesteessä olevan kaasunpainetta. Nanokuplat voidaan muodostaa myös nesteeseen esimerkiksi ultraäänellä. Ultraäänellä muodostettuja kuplia käytetään esimerkiksi syövän hoitoon, ja lääkeaineilla päällystettyjen nanokuplien kohdistettuun siirtoon suoraan tulehtuneeseen solukkoon. Kuitenkin yleisin nanokuplien käyttökohde on vedenpuhdistus, jossa nano- ja mikrokuplien yhteisvaikutuksella voidaan poistaa pienetkin sameudet nesteistä.
Nanobubbles are stated being small gas cavities in liquid with diameters of tens or hundreds nanometers. Because of their small size nanobubbles have many properties that differentiates them from bigger bubbles. Small diameter corresponds to a large specific area which benefits mass transfer and flotation processes. Nanobubbles also tend to form directly on a hydrophobic surface skipping one of the three efficiency determining steps in flotation process. Nanobubbles have extremely low buoyancy which means they do not float towards the surface and rather move randomly in the liquid medium like a particle with a Brownian motion. Nanobubbles are really stable and can last hours or even days in the liquid because of their low buoyancy, high zeta-potentials and the ability to gather ions around themselves.
Nanobubbles can be formed directly on a hydrophobic surface. Formation can occur with cavitation by momentarily accelerating a saturated liquid. Acceleration lowers the saturated gas pressure which leads into the nucleation of a bubble. Nanobubbles can also be formed in the liquid with ultrasonic waves. Nanobubbles formed by ultrasonic waves are used for example in cancer treatment and controlled drug delivery where drug loaded nanobubbles are directed straight on the infected tissue. Most common use of nanobubbles is however the wastewater treatment process using nano- and microbubbles. Nano- and microbubbles are capable of removing impurities from liquids with really low opacities.