Raziskovalci Laboratorija za vodne in turbinske stroje (LVTS) so skupaj z raziskovalci iz Argonne National Laboratory, Advanced Photon Source (ZDA) izvedli eksperimentalno študijo porušenja fazne meje olje-voda med pripravo emulzij z ultrazvočno sondo. Rezultate raziskave so objavili v reviji Ultrasonics Sonochemistry (IF=8.4).
Emulzije so heterogeni sistemi, sestavljeni iz dveh nemešljivih kapljevin, kjer je ena dispergirana znotraj druge v obliki majhnih kapljic. Na ta način lahko na primer v produkte, ki temeljijo na vodni osnovi, vključimo snovi, ki so topne zgolj v olju. S tem dosežemo manjšo porabo topil in raznih drugih strupenih snovi. Zaradi tega se emulzije pogosto uporabljajo v prehrambni industriji, kot tudi v kozmetičnih, kmetijskih, medicinskih in farmacevtskih izdelkih.
Slika 1: Opazovanje interakcije med ultrazvočno sondo in fazno mejo s pomočjo visokoenergijskih rentgenskih žarkov
V LVTS v zadnjih letih veliko dela posvečajo raziskovanju kavitacijske emulzifikacije, predvsem na nivoju posameznih kavitacijskih mehurčkov, ta raziskava pa predstavlja prenos znanja na kompleksnejši sistem. Za opazovanje prvih trenutkov nastanka emulzije uporabili več visokohitrostnih kamer, ki so snemale pri vidni svetlobi in pod visokoenergijskimi rentgenskimi žarki. Ugotovili so, da je mehanizem em ulzifikacije močno odvisen od začetnega položaja konice sonde glede na fazno mejo olje-voda. Če je sonda postavljena nad mejo, se fazna meje najprej giblje proti konici, kjer se oblikujeta poševna toka emulzije, ki se kasneje združita v navpičen tok. V primeru, da je konica postavljena znotraj fazne meje, se takoj oblikuje navpičen tok emulzije. Potek emulzifikacije je najkompleksnejši, ko je začeten položaj ultrazvočne sonde pod fazno mejo olje-voda. Tukaj se pred pojavom emulzije oblikuje vmesna plast oljne faze.
Slika 2: Različni mehanizmi emulzifikacije s sonotrodo, odvisni od začetnega položaja konice glede na fazno mejo olje-voda.
Nova spoznanja je mogoče uporabiti za optimizacijo industrijskih procesov ultrazvočne emulzifikacije, pa tudi širše – na pretočnih emulzifikatorjih.
Celoten članek je dostopen na spletni strani: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106657