1. Mecanismos de generación
La generación de nanoburbujas (NB) a granel se logra principalmente mediante métodos basados en cavitación y membranas.
- Cavitación hidrodinámica:
Este es un método ampliamente adoptado y energéticamente eficiente, adecuado para su ampliación. Funciona según el principio de Bernoulli: a medida que un líquido pasa a través de una constricción, su velocidad aumenta mientras que la presión estática disminuye. Si la presión local cae por debajo de la presión de vapor saturado del líquido, se forman cavidades (burbujas). Ahmed y otros, 2018; Akshit y otros, 2020. - Tubos Venturi:
Un dispositivo común para este método consiste en una zona de convergencia cónica donde el líquido se acelera, creando una zona de presión negativa que succiona el gas. La mezcla gas-líquido se somete a una intensa cizalladura hidráulica, fragmentando el gas en microburbujas y nanoburbujas. Zheng y Shang, 2025; Li et al., 2021. - Flujo giratorio/rotacional:
Esta técnica crea una cavidad similar a un vórtice. La rotación a alta velocidad genera una zona de baja presión donde se nuclean los NB. Li y Huang, 2023; Alam et al., 2021Durante la generación, la solución a menudo se vuelve "lechosa" debido a las microburbujas, que luego ascienden y estallan, dejando una suspensión transparente de NB estables. Foudas et al., 2023. - Método de membrana cerámica:
Este método consiste en forzar el paso de gas a presión a través de una membrana cerámica porosa (por ejemplo, con poros de 100 nm) hacia un líquido en circulación. - Mecanismo:
La presión del gas debe superar la presión capilar de los poros ("punto de burbuja"). La fuerza de cizallamiento del líquido en movimiento desprende las burbujas de la superficie de la membrana. Wang y Wang, 2023. - Control:
El tamaño de las nanoburbujas está directamente influenciado por el tamaño de los poros de la membrana, la hidrofobicidad de la superficie de la membrana y la presión de inyección del gas. Presiones de inyección más altas pueden generar burbujas más pequeñas. Ahmed y otros, 2018; Phan et al., 2021.
2. Teorías de estabilidad
Según la ecuación de Young-Laplace, los NB deberían disolverse en microsegundos debido a la inmensa presión interna. Sin embargo, persisten durante meses. Varias teorías explican esta paradoja:
- Blindaje iónico / Carga superficial (modelo de Bubston): Las nanoburbujas en agua pura poseen una interfaz cargada negativamente (debido a la adsorción de OH^-). Esta carga atrae contraiones positivos, formando una doble capa eléctrica (EDL). La repulsión electrostática entre los iones en la superficie de la burbuja actúa como una presión hacia afuera que contrarresta la tensión superficial hacia adentro (presión de Laplace), evitando el colapso. Nirmalkar y otros, 2018; Bunkin y otros, 2025.
- El modelo "Piel": Esta teoría sugiere que los contaminantes orgánicos, los tensioactivos o las partículas sólidas se adsorben en la interfaz gas-líquido, formando una "piel" rígida o semirrígida. Esta capa reduce la tensión superficial y actúa como una barrera física para la difusión del gas, inhibiendo así la disolución. Yasui y otros, 2019; Jin y Gu, 2022.
- Sobresaturación y equilibrio dinámico: Este modelo propone que el flujo de entrada y salida de gas a través de la interfaz de la burbuja alcanza un equilibrio dinámico. Esto suele estar respaldado por la sobresaturación local de gas en el líquido que rodea la burbuja, o por interacciones superficiales hidrofóbicas que atrapan el gas, impidiendo la difusión neta fuera de la burbuja. Akshit y otros, 2024; Lasek et al., 2023.