美国NASA ：110 万美金 支持利用纳米气泡水处理对空间站飞船支持的研究

缅因大学环境工程助理教授 Onur Apul 将领导一项由 NASA 支持的 110 万美元的多机构调查，以探索纳米气泡是否可以支持太空探索，包括宇宙飞船上的水处理。

美国国家航空航天局 (NASA) 刺激竞争性研究计划 (EPSCoR) 通过缅因州太空拨款联盟向该项目授予 753,750 美元的拨款。与此同时，缅因大学、南缅因大学和亚利桑那州立大学等参与机构也提供了 35 万美元的费用分摊捐款。  

纳米气泡是液体中由氧气、二氧化碳、氢气和其他气体组成的超细气泡，直径小于 100 纳米。阿普说，可以使用振荡液体的简单仪器以及通过其他液压、物理化学和电化学方法在液体中产生纳米气泡。这会产生被称为双相液体的混合物，即同时具有液体和气体形式的混合物。

阿普说，由于其尺寸，纳米气泡具有独特的物理化学特性，他认为这些特性可以提高宇宙飞船上生命支持功能的效率，特别是水处理和生长藻类，为宇航员提供氧气和营养。与漂浮在液体表面的普通气泡不同，纳米气泡可以在液体中悬浮数小时、数天甚至数月。阿普尔表示，它们还具有高表面积和高反应性，而且具有可塑性，使其成为化学反应的理想选择。所有这些方面都使得纳米气泡能够为各种气体提供可靠且易于使用的存储，阿普说这支持并降低了水处理和地球上以及可能在太空中的其他系统的能源成本。   

为了确定纳米气泡是否可以使地球大气层以外的生命支持系统受益，阿普和他的团队必须确保它们能够承受微重力和零重力，以及这些环境中的流体条件。他们的研究将集中在氧、氢、氮、臭氧和其他大气气体的纳米气泡上。此外，他们还将评估纳米气泡如何增强气体传输，从而提高水处理系统的效率，并产生可促进藻类生长的活性氧。  

研究人员将首先利用缅因大学现有和新设备在双相液体中产生自己的纳米气泡。然后，他们将通过缅因大学的高空气球计划测试其在高空气球中的稳定性，该气球的飞行高度可达 118,000 英尺或更高；一颗名为 CubeSat 的小型研究卫星，并进行了两次火箭发射。位于缅因州不伦瑞克的 blueShift Aerospace Inc. 公司将与研究人员合作发射 CubeSat，该卫星将被称为 PINESAT2，在缅因州大学电气和计算机工程系的 WiSe-Net 实验室建造，此外还有两枚火箭发射，阿普尔说。一枚火箭将飞行 62 英里，另一枚将上升 186 英里。 

阿普尔说，最终，研究人员希望通过将纳米气泡发送到国际空间站来测试他们的双相液体。  

“现在这还很理论化，但我们相信这可能会改变在非常规情况下使用气体的范式，”阿普尔说。“这是一个只有 10 年历史的新颖研究领域，其潜力令人兴奋。我对他们的口号是‘微小的气泡，巨大的潜力。’”

项目团队成员包括 Apul、Ali Abedi、缅因大学研究副校长、电气与计算机工程教授；塞尔吉·加西亚-塞古拉；亚利桑那州立大学环境工程助理教授；以及 USM 环境工程助理教授 Ashanthi Maxworth。他们将与美国宇航局约翰逊航天中心的研究人员合作开展该项目。 

Apul 已经研究纳米气泡两年了，并与对其开发感兴趣的各个利益相关者合作，其中包括德克萨斯州的一家酿酒厂。他的一些学生也参与了纳米气泡研究。其中一位土木与环境工程研究生扎克·多尔蒂 (Zach Doherty) 在 2022 年缅因大学学生研讨会上，作为一名四年级本科生，因其对使用纳米气泡去除饮用水的研究而获得了苏珊·J·亨特总统研究影响奖污染物。约瑟夫·巴顿，博士 缅因大学电气与计算机工程系的一名学生曾与 Abedi 合作开发缅因州第一颗立方体卫星 MESAT1，他也参与了该项目并领导该项目的立方体卫星开发。

阿普尔说，这项新研究将有助于回答有关纳米气泡的基本问题，之后研究人员可以跳板研究纳米气泡在地球及其他地方的其他可能应用。纳米气泡甚至可能服务于缅因州重要的行业，例如水产养殖、纸浆和造纸制造。 

三个博士 预计将有两名来自缅因州、一名来自亚利桑那州的学生和三到五名本科生研究人员参与这项研究。阿普尔表示，通过这项研究购买的新设备将补充现有工具，并扩大缅因大学和 USM 科学家研究纳米气泡生产、表征和应用的能力。 

“我们正在缅因州为纳米气泡研究创建基础设施和支柱，”他说。“这只是一切的开始。”   

原文链接：https://umaine.edu/news/blog/2022/08/10/apul-leds-nasa-backed-research-using-nanobubbles-for-water-treatment-to-support-space-exploration/