Effect of Organic Compounds and Alkalinity on the Stability of Bulk Nanobubbles: A Molecular Dynamics Study

2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/molecules30244712
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Bulk nanobubbles (NBs) are remarkably long-lived in liquids, yet the molecular mechanisms underpinning their stability remain unresolved. In this work, 50 ns all-atom molecular dynamics simulations were performed to investigate how gas identity (O2, N2, and air with N2:O2 = 4:1), initial gas loading, alkalinity (pH 7 and 13), and organic additives (acetic acid/acetate, ethanol/ethoxide, and hexane) influence the stability of 5 nm NBs in water. Stability was evaluated by the percentage of gas atoms retained in the bubble, density profiles, hydrogen-bond statistics, and radial distribution functions. Higher initial gas density markedly enhanced stability, and N2-NBs consistently outperformed O2-NBs, consistent with the lower solubility of N2. Alkaline conditions exerted only a minor stabilizing effect, most pronounced for air-NBs. Organic additives affected stability according to their hydrophobicity: hydrophobic hexane substantially increased gas retention, especially at low gas loading, by promoting gas clustering and re-adsorption at the NB interface, whereas hydrophilic solutes had negligible influence. RDF analyses revealed that this stabilization correlates with weakened gas–water hydrogen bonding and enhanced gas–gas and gas–hexane interactions. These results elucidate the molecular determinants of NB persistence and offer design guidelines for tuning bubble longevity in environmental and industrial systems.