微纳米气泡的特性及应用

来源：中国粉体网

3075 2019-11-05

液体及固液接触面之间普遍存在大小不同的气泡，其在生产实际应用中具有重要的作用。按照气泡直径不同可分为大气泡、微米气泡、微纳米气泡、纳米气泡，其中直径在0.1～50μm的微小气泡称为微纳米气泡。微纳米气泡的相关研究已经成为近些年研究的热点。

1.微纳米气泡的特性

存在时间长

微纳米气泡由于自身体积很小，在水中所受浮力相应也很小，从而表现出上升缓慢的特性。此外，水分子一直处于流动状态，微纳米气泡在水中上升的同时，还受到水分子运动的影响而左右运动，呈现曲线上升状态。

微纳米气泡与普通气泡在水中上升状态

气液传质率高

液体中气体的体积和直径共同决定了气液的比表面积，气液的比表面积又决定了气体的传质效率。通过气液界面的表面张力理论能够发现，当气泡的直径变小时，其表面张力对其的影响将会变得越明显。微纳米气泡相对于普通气泡拥有更小的直径，因此它受到其表面张力的影响更大并且在促使其收缩，同时逐渐增大气泡的内部压力。当微纳米气泡的收缩达到某一极限值时，气泡内部的气压将会趋于无限大，这种自增压效应会使微纳米气泡溶于水或者在水面处破裂消失。通过上述过程，可以使得水中的气体溶解率达到一种过饱和的状态，实现了气液传质，同时产生较好的传质效率。

界面电位高

微纳米气泡的界面ζ电位表示由于气泡表面吸附有电荷离子的双电层而形成的电势差，它是影响气泡表面吸附性能的重要因素。当微纳米气泡在水中发生收缩时，存在于气泡表面上的电荷离子，浓度将会迅速富集，使得微纳米气泡的界面电位迅速升高；微纳米气泡破裂之前，在其界面位置会产生很高的界面电位。

微纳米气泡界面双电层示意图

释放自由基

微气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来，此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超高的氧化还原电位，其产生的超强氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物如苯酚等，实现对水质的净化作用。

气浮效果好

气体的气浮功能是指将气泡通入混有其他相的液体中，利用气泡具有的吸附性使其吸附在其他相表面，从而增大其他相在液体中的浮力，使其浮在液体表面，实现与液体分离的目的。因此气泡的吸附性能越好，则气浮效果越好，而气泡的吸附性能取决于其直径的大小。气泡的直径越小则其表面的电位越高，因此更容易吸附于液体中其他相的表面，使其与液体分离。

2.微纳米气泡的产生原理

气液二相流体混合/剪断方式

该方式通过水泵将气体（大气泡）卷入涡流水流，然后使涡流崩溃来压碎气泡，再通过出口喷嘴以微米气泡形式放出。