中國(guó)粉體網(wǎng)訊  液體及固液接觸面之間普遍存在大小不同的氣泡，其在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中具有重要的作用。按照氣泡直徑不同可分為大氣泡、微米氣泡、微納米氣泡、納米氣泡，其中直徑在0.1～50μm的微小氣泡稱為微納米氣泡。微納米氣泡的相關(guān)研究已經(jīng)成為近些年研究的熱點(diǎn)。

1.微納米氣泡的特性

存在時(shí)間長(zhǎng)

微納米氣泡由于自身體積很小，在水中所受浮力相應(yīng)也很小，從而表現(xiàn)出上升緩慢的特性。此外，水分子一直處于流動(dòng)狀態(tài)，微納米氣泡在水中上升的同時(shí)，還受到水分子運(yùn)動(dòng)的影響而左右運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)曲線上升狀態(tài)。

微納米氣泡與普通氣泡在水中上升狀態(tài)

氣液傳質(zhì)率高

液體中氣體的體積和直徑共同決定了氣液的比表面積，氣液的比表面積又決定了氣體的傳質(zhì)效率。通過(guò)氣液界面的表面張力理論能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣泡的直徑變小時(shí)，其表面張力對(duì)其的影響將會(huì)變得越明顯。微納米氣泡相對(duì)于普通氣泡擁有更小的直徑，因此它受到其表面張力的影響更大并且在促使其收縮，同時(shí)逐漸增大氣泡的內(nèi)部壓力。當(dāng)微納米氣泡的收縮達(dá)到某一極限值時(shí)，氣泡內(nèi)部的氣壓將會(huì)趨于無(wú)限大，這種自增壓效應(yīng)會(huì)使微納米氣泡溶于水或者在水面處破裂消失。通過(guò)上述過(guò)程，可以使得水中的氣體溶解率達(dá)到一種過(guò)飽和的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了氣液傳質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生較好的傳質(zhì)效率。

界面電位高

微納米氣泡的界面ζ電位表示由于氣泡表面吸附有電荷離子的雙電層而形成的電勢(shì)差，它是影響氣泡表面吸附性能的重要因素。當(dāng)微納米氣泡在水中發(fā)生收縮時(shí)，存在于氣泡表面上的電荷離子，濃度將會(huì)迅速富集，使得微納米氣泡的界面電位迅速升高；微納米氣泡破裂之前，在其界面位置會(huì)產(chǎn)生很高的界面電位。

微納米氣泡界面雙電層示意圖

釋放自由基

微氣泡破裂瞬間，由于氣液界面消失的劇烈變化，界面上集聚的高濃度離子將積蓄的化學(xué)能一下子釋放出來(lái)，此時(shí)可激發(fā)產(chǎn)生大量的羥基自由基。羥基自由基具有超高的氧化還原電位，其產(chǎn)生的超強(qiáng)氧化作用可降解水中正常條件下難以氧化分解的污染物如苯酚等，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的凈化作用。

氣浮效果好

氣體的氣浮功能是指將氣泡通入混有其他相的液體中，利用氣泡具有的吸附性使其吸附在其他相表面，從而增大其他相在液體中的浮力，使其浮在液體表面，實(shí)現(xiàn)與液體分離的目的。因此氣泡的吸附性能越好，則氣浮效果越好，而氣泡的吸附性能取決于其直徑的大小。氣泡的直徑越小則其表面的電位越高，因此更容易吸附于液體中其他相的表面，使其與液體分離。

2.微納米氣泡的產(chǎn)生原理

氣液二相流體混合/剪斷方式

該方式通過(guò)水泵將氣體（大氣泡）卷入渦流水流，然后使渦流崩潰來(lái)壓碎氣泡，再通過(guò)出口噴嘴以微米氣泡形式放出。

氣液二相流體混合/剪斷方式

加壓減壓方式

加壓減壓方式是指通過(guò)加壓的方式在水體中形成過(guò)飽和狀態(tài)。之后通過(guò)減壓的方式釋放溶解的氣體，形成微納米氣泡。

加壓減壓方式

射流曝氣方式

該方式主要通過(guò)射流曝氣器生成微納米氣泡。射流曝氣器的噴嘴直徑小，水流速度大，水流在進(jìn)入氣室后可形成局部真空。此時(shí)，氣體可通過(guò)吸氣管進(jìn)入氣室，與水流混合。通過(guò)混合管和擴(kuò)散管后，在水中形成微納米氣泡。

典型射流曝氣器構(gòu)造

細(xì)孔方式

該方式是將壓縮空氣通過(guò)微孔板，利用微孔將氣體切割成細(xì)小氣泡。

細(xì)孔方式

超聲波方式

該方式通過(guò)超聲空化的方式，使得液體由于壓力的突然變化而產(chǎn)生氣泡的爆發(fā)和潰陷，在水體中形成氣泡。

超聲波方式產(chǎn)生氣泡

加入界面活性劑的旋轉(zhuǎn)切割法

在水體中添加界面活性劑，使用高速旋轉(zhuǎn)（可達(dá)4000rpm）的圓盤在水中旋轉(zhuǎn)，形成微納米氣泡。

旋轉(zhuǎn)切割法

3.微納米氣泡的應(yīng)用

在水處理方面的應(yīng)用

微納米氣泡具有優(yōu)秀的增氧能力、良好的氣浮效果和強(qiáng)氧化性，可用于處理水中的有機(jī)物、氮磷以及有毒有害物質(zhì)等，進(jìn)而有效地改善水體水質(zhì)。在水體增氧、強(qiáng)化臭氧化、氣浮、增強(qiáng)生物活性等方面具有廣泛應(yīng)用。

在種植業(yè)方面的應(yīng)用

微納米氣泡技術(shù)廣泛地應(yīng)用于養(yǎng)殖、水稻、無(wú)土栽培、促進(jìn)種子發(fā)芽及增強(qiáng)水活性等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)方面，利用氧氣微納米氣泡可以在給機(jī)體供氧的同時(shí)將藥物直接送達(dá)病變部位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)病變部位直接治療，減少手術(shù)的次數(shù)，使機(jī)體快速康復(fù)。

在船舶運(yùn)動(dòng)減阻中的應(yīng)用

通過(guò)在船體表面覆蓋一層微納氣泡，可以變船體表面與水之間的摩擦為氣體與水的摩擦阻，從而減小船舶航行阻力，提高航行速度。

在精密化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用

微氣泡在精密化學(xué)反應(yīng)中主要首先通過(guò)微氣泡包裹或隔離反應(yīng)原料，繼而通入微管道或微容腔內(nèi)使被氣泡隔離的反應(yīng)物相接觸，在催化劑或超聲波作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。通過(guò)控制氣泡的大小則能高精度的控制參與反應(yīng)的原料多少，從而精密的控制化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。

小結(jié)

目前，微納米氣泡已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和研究，溶氣析出氣泡、引氣制造氣泡、電解析出氣泡，超聲波、化學(xué)反應(yīng)、微管道、高溫等微納米氣泡發(fā)生原理等也得到研究和發(fā)展。微納米氣泡憑借其獨(dú)有的特性在化工、環(huán)境和醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等方面具有良好的應(yīng)用前景。

參考資料：

李恒震.微納米氣泡特性及其在地下水修復(fù)中的應(yīng)用

王永磊等.微納米氣泡發(fā)生機(jī)理及其應(yīng)用研究進(jìn)展

鄧超.微納米氣泡發(fā)生裝置及其應(yīng)用的研究進(jìn)展

劉玉德等.微納米氣泡的特性及其在果蔬中的應(yīng)用

楊麗等.微納米氣泡特性及在環(huán)境污染控制中的應(yīng)用

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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