_ Mic, dar periculos: Un nou studiu arată că aerosolii produși de spargerea bulelor contaminate sunt mult mai mici decât se prevedea

O apă spumante rece. Valuri care se prăbușesc pe plajă. Trosnetul unui foc de tabără. Abur dintr-un ibric.

Aceste nu sunt doar elementele unui weekend relaxant, ci și surse de aerosoli din mediul nostru. Deși unele dintre aceste surse de aerosoli nu sunt foarte îngrijorătoare, aerosolii care provin din surse industriale, cum ar fi stațiile de tratare a apelor uzate, și chiar sursele naturale, cum ar fi pulverizarea și praful de mare, au capacitatea de a avea un impact mai mare asupra mediu și chiar sănătatea publică.

Un aerosol este o suspensie de picături lichide sau particule solide fine suspendate în aer. Deși aerosolii sunt generați în numeroase moduri, una dintre cele mai importante surse este prin izbucnirea bulelor la interfața dintre un lichid și aer. Majoritatea cercetărilor anterioare s-au concentrat pe bule „curate”, în ciuda faptului că interfețele contaminate sunt mai răspândite.

Noile cercetări de la Universitatea Illinois Urbana-Champaign, profesor asistent Jie Feng în științe mecanice și inginerie și studentul absolvent Zhengyu Yang au arătat că explozia bulele acoperite cu un strat subțire de ulei produc picături cu dimensiuni mai mici, un număr total mai mare de picături și sunt aruncate cu o viteză mai mare decât bulele generate în apă curată. Această cercetare a fost publicată recent în Nature Physics.

Aerosolii sunt destul de omniprezenti în mediul nostru și pot fi de natură naturală sau antropică. Aerosolii care sparg bule joacă un rol cheie în transferul de masă peste interfețele lichide. Aerosolii de pulverizare de mare, de exemplu, sunt generați în principal de izbucnirea bulelor la suprafața oceanului. Picăturile care sunt produse din spargerea bulelor pot avea un impact asupra poluării aerului, climatului global și chiar transmiterii bolilor infecțioase. Un parametru important al acestor picături este dimensiunea lor, deoarece acesta indică timpul de rezidență și transportul în atmosferă – picăturile mici sunt mai ușor ridicate de vânturi și pot călători mult mai departe.

Feng spune: „Am contaminat. apă peste tot. Când bula se ridică din apă mai adâncă la suprafață, va colecta contaminanți și va forma un strat organic în jurul ei. Numim asta o bula contaminată. Când ajunge la suprafață și izbucnește, poate aerosoliza acești contaminanți în picături mici. .”

Feng și Yang au investigat impactul pe care un strat subțire de ulei îl are asupra bulelor de explozie, ca sistem model pentru bulele contaminate. Explozia unei bule goale de dimensiuni milimetrice la o suprafață apoasă produce picături cu o dimensiune tipică de aproximativ 100 de micrometri (µm) (un păr uman tipic este de aproximativ 100-200 µm). În această lucrare, ei au descoperit că picăturile pot fi la fel de mici de câțiva µm atunci când bula de spargere este acoperită de un strat subțire de ulei. În plus, spargerea cu bule goale produce picături cu o viteză tipică de ejectare de 1 metru pe secundă (m/s), în timp ce spargerea cu bule acoperite cu ulei produce picături cu o viteză de ejectare de 10 m/s.

Feng rezumă: „Concluzia principală a muncii noastre este că am constatat că, pentru aceste bule contaminate, ele pot aerosoliza destul de eficient contaminanții în picături de dimensiunea micronului.”

Într-un cadru industrial precum o stație de tratare a apelor uzate, picăturile contaminate mai mici pot reprezenta un risc semnificativ pentru cei care lucrează în plantă. Explozia bulelor în aceste setări poate genera ceață acide și bioaerosoli. Înțelegerea efectului bulelor contaminate asupra distribuției mărimii și vitezei de ejectare este crucială pentru proiectarea echipamentului personal de protecție eficient și pentru implementarea unor orientări suplimentare privind calitatea aerului și a apei în apropierea unor astfel de instalații.

La scară mai largă, aerosolii au un efect asupra vremea, clima și chiar sănătatea umană.

„Aceste picături pot transporta agenți patogeni, bacterii și viruși”, a spus Yang. „Când aveți acești aerosoli mici și pot fi ejectați mai sus, dimensiunea mică și viteza de ejectare mai mare îi pot ajuta să rămână în atmosferă mai mult timp”. Înțelegerea dimensiunii și compoziției aerosolilor este importantă pentru a îmbunătăți eforturile globale de modelare. În plus, aceste picături contaminate pot prezenta un risc mai mare de răspândire a poluanților, precum și de infecție, deoarece aerosolii mai mici sunt capabili să pătrundă mai mult în tractul respirator decât aerosolii mai mari.

Alți contribuitori la această lucrare includ Bingqiang Ji (co -autor, postdoc, MechSE, UIUC) și Jesse T. Ault (profesor asistent, Școala de Inginerie, Universitatea Brown).

(Fluierul)