معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يطور غشاءً جديدًا لإزالة الفقاعات بسرعة تفوق ألف مرة

غالبًا ما تؤدي الفقاعات الدقيقة في المنشآت الصناعية إلى انسداد المرشحات، وإعاقة التفاعلات الكيميائية، وانخفاض كفاءة التصنيع الحيوي، وحتى ارتفاع درجة حرارة المعدات. قاد البروفيسور كريبا فاراناسي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا فريقًا، بالتعاون مع طالب الدكتوراه بيرت فاندرايدت والباحث السابق ما بعد الدكتوراه سوراب ناث، في كشف الآلية الفيزيائية لمواد الأغشية "المحبّة للغاز" لإزالة الفقاعات، بهدف تحسين أداء الآلات.

نُشرت الدراسة هذا الأسبوع في مجلة "PNAS"، حيث تقدم من خلال الرسوم البيانية إرشادات للمهندسين لاختيار أفضل غشاء لإزالة الفقاعات بناءً على خصائص الغاز والسائل. في اختبارات المفاعلات الحيوية، زادت سرعة إزالة الفقاعات بمقدار 1000 مرة، ويمكن تطبيقها في صناعات الأدوية، والمشروبات الغذائية، ومستحضرات التجميل، والصناعات الكيميائية.

تواجه الطرق الحالية لإزالة الفقاعات مثل الكسارات الميكانيكية، أو المواد الكيميائية المضادة للرغوة، أو الموجات فوق الصوتية قيودًا في بيئات مثل المفاعلات الحيوية، وقد تؤدي إلى تلوث أو تلف المواد. وأشار فاندرايدت: "شهد الإنتاج الحيوي زيادة هائلة، لكن تصريف الفقاعات أصبح عنق الزجاجة الحاسم."

صنع الفريق أغشية سيليكون مسامية في منشأة MIT.nano، بفتحات تتراوح بين 10 و200 ميكرومتر، ومطلية بجسيمات نانوية كارهة للماء. أظهرت التجارب أن سرعة تدمير الفقاعات تتأثر بلزوجة الغاز، ولزوجة السائل، ومقاومة القصور الذاتي، لتصل إلى ثلاثة حدود فيزيائية. أوضح ناث: "لقد قمنا بتبسيط هذه الحدود إلى قانون بسيط، للمساعدة في التنبؤ بالأداء."

صرح فاراناسي أن دراسة غشاء إزالة الفقاعات هذه قد جذبت اهتمام قطاعات الطب، والكيميائيات، وصناعة البيرة، وأن الفريق يعمل على تسويقها. يمكن أيضًا استخدام التصميم في أنظمة سائل-سائل، مثل إزالة الزيت أو استخراج الهيدروجين، مما قد يفتح مستويات أداء جديدة لمختلف الصناعات.