本来被认为几乎不大约存在的小规范气泡，居然能长久安定存在，一旦被断定就被工业尤其是水处置处分领域器重，微纳米气泡现已完结初步广泛受质疑到广泛受器重的改变。微纳米气泡技术也遭到氢气医学领域的器重，因为这种技术办理了气体溶解速率小，溶解度小的瓶颈，微纳米气泡现已成为氢气医学的最佳伙伴。

 

相变技术使用领域广泛，如环境、农业、医疗、化工和动力等领域。气／液相变技术一般用于废水和水处置处分技术、水生态系统光复、食物加工、水产农业、石化等职业。大多数气液相变进程遵守遭到多种操作和介质性质的影响。从传质理论视点，起首思量的优化计谋是增加交兵表面面积。重要影响要素包含混杂器的方案、柱包裹材料、挡板布局、喷淋方法、打针喷嘴、漫衍器方案等，非有必要影响要素包含交兵相之间的热传质或反应表面。

 

一、什么是微纳米气泡

 

气泡是指液体内充斥气体的空穴，产负气泡的根柢条件是液体内气泡内压不小于环境压力。气泡表面拥有不同于气泡地点液体性质的身分。表面活性剂对气泡的构成十分重要但并不是有必要条件。因为浮力比力大，大气泡相同一般会灵敏上升到表面崩解，直径小于1微米的气泡也就是微微纳米气泡因存在现在不了解的机制，能在液体中永劫间安定存在。

 

纳米技术领域，相同一般风俗把100纳米以下作为纳米颗粒的最大规范，可是微纳米气泡直径相同一般是大于100纳米，气泡研讨领域相同一般把1000纳米以下作为微纳米气泡或微微纳米气泡，100微米以下为细小气泡。微纳米气泡有两种根柢模范，一种是非球形界面微纳米气泡，是牢固漫衍在液体和固体界面上的气泡，这种气泡在学术界被研讨相对充分，但使用相对少。另一种就是咱们比力熟谙的体相微纳米气泡，就是悬浮在液体中的球形微纳米气泡。本文重要指体相微纳米气泡。

 

当然气泡的研讨汗青现已赶过半个世纪，可是气泡的模范和分类不断存在争议。学术上对气泡分类重要凭证气泡性质的不同，最常用的目标是气泡大小、表面特性友善泡寿数。这些特性重要决定于气泡大小，因而许多学者把气泡大小作为仅有分类规范。依据这个规范，气泡被分为大气泡、微米气泡、亚微米气泡或微纳米气泡，也有接纳更一般分类为大气泡、小气泡和超小气泡。当然学者们对气泡的大小领域具体有不同见地，但大多数赞同微气泡直径应该在10－100微米的领域，1-10微米为亚微米气泡，10-1000纳米为微纳米气泡。

 

经典理论认为气泡越小表面张力越大，微纳米气泡表面张力大构成内压十分高，因而微纳米气泡存在性和安定性不断是有争议的论题。许多学者利用不同技术探测微纳米气泡。与大气泡研讨相同，学者们没有纠结于微纳米气泡的定义。有学者甚至轻忽微纳米气泡和微米气泡存在被轻忽的直径领域，认为直径小于200纳米的气泡为微纳米气泡，10微米以上的为微米气泡，对200纳米到10微米之间的气泡不去剖析，也有学者把200纳米－10微米气泡定义为微微纳米气泡，这说明对超细小气泡的分类缺少清楚的规范。2012年，吴等定义纳米和亚微米气泡，认为500纳米以下为纳米和亚微米气泡。近来有学者认为直径小于数百纳米的气泡为微纳米气泡，这不光愚昧并且存在矛盾。总归，微纳米气泡直径的最大规范存在不同见地，直径小于1微米的气泡因为规范和特性相同可分类为超细气泡或微纳米气泡。

 

气泡分类不光凭证大小，并且凭证其特性和在液体中的行为。图1对不同气泡大小的分类举办了汇总。1－10微米气泡其大小和特性都介于微米气泡和微纳米气泡之间，被归类到亚微米气泡。当然学术界对微米气泡的特性有平等见地，可是对气泡的大小领域没有同一规范。

 

 

 

二、微纳米气泡特性

 

切合纳米材料纪律，微纳米气泡也具有比表面积大的特色，这也是微纳米气泡作为气液技术应该的重要根柢。其他，微纳米气泡还具有刚性大，表面有负电荷，浮力小，安定性极好，龟龄命等特色，决定了微纳米气泡的特别用处。微纳米气泡内压和安定性方面，存在理论策画和终究不符的环境，现在并没有理解的结论。

 

气泡表面积友善泡直径呈负相干关连，（表面积A和直径D的数学关连A＝6/D）。因而同样体积的气泡，100纳米直径气泡表面积是10微米直径面积的100倍。

 

理论上气泡构成斲丧能量依赖于界面面积，界面面积决定于气泡表面张力。直径小于25微米的小气泡表面刚性强，相同于高压气球，不简单破碎。数毫米直径的大气泡表面比力柔软，很简单变形破碎。大气泡的浮力比力大很简单上升到液面。Stokes公式R =ρgd2/18μ（ρ = 密度，g = 重力加速率，d =气泡直径，μ =粘滞度）可策画气泡上浮速率。气泡上流浪速率友善泡直径的平方成正比，这种关连只利用于小气泡。直径大于2毫米的大气泡因为形状发生改变，上升速率并不会受直径影响。低于1微米的微纳米气泡上升速率十分慢，远低于布朗活动，团体上表现为不上升。

 

除了浮力外，直径小于25-50微米的小气泡有自动紧缩特性。凭证Henry规律，溶液中溶解气体的分压与气泡内气体分压平等时，气泡内气体溶解和溶液中气体向气泡内开释抵达均衡。小气泡因为表面张力效果内压增加，构成气泡内气体分压赶过气泡四周溶解气体分压，气泡内气体超四周静溶解，这会导致气泡进一步缩小，体积缩小导致表面张力效应加强，导致正反馈效应，气泡会灵敏瓦解。相反大气泡因为上升四周静水压下降导致内压失落，减压导致气泡体积增大，气泡内气体分压失落，导致溶液中气体向气泡内静开释，这会导致气泡体积增大，表面张力效应失落，气泡内压进一步失落。所以，在某气体饱和溶液中，这种气体的气泡有大者增大，小者缩小的趋势。看来气泡也恰恰切合马太效应。

 

这种环境十分切合潜水员减压病发生的进程，潜水员在水下中止必定时刻后，体液中气体抵达必定饱和度，一旦回来水面速率过快，身段内一些气泡会因为环境压下降而增大，这种趋势过于严峻就导致气体阻断血流抑制构造等成果，就是模范的减压病。治疗减压病的原理也很简单，就是把潜水员举办从头加压，加压的成果就是把大气泡变成小气泡，小气泡有变小散失的趋势，办理了气泡就排除了病因。

 

 

 

图2. 经典气泡的马太效应

 

微纳米气泡也存在比力强的静电场，能阻止气泡发生交融，抵挡浮力效果。在程度电场中，气泡电荷决定于程度速率v = ζε/μ（v=程度速率，ζ = zeta电位(V), ε =水的介电常数(s2?C2?kg-1?m-3)，μ =粘滞度(Pa?s).）

 

zeta电位相同一般是负值，但大多数与气泡直径无关。zeta电位受水的pH值影响十分大，也遭到离子强度影响（离子浓度越大，zeta电位越低）。全部气泡都具有负电位，相互之间的静电架空力能限定气泡交融。因为气泡越小，必要的能量越大，因而小气泡决裂也不简单发生。所以，小气泡能够增大或缩小，但不简单发生交融和破碎。

 

不可溶性气体能够构成超龟龄命的微纳米气泡。凭证Laplace公式，Pi＝Po＋4γ/d，气泡内压就是环境压与4γ/d的和（γ是表面张力(N m-1) ，d 是气泡直径(m)），气泡直径越小，内压越大。10微米气泡内压约1.3个大气压，100微米气泡约1.03个大气压。凭证策画，微纳米气泡内压会抵达十分高程度，足以让内部气体灵敏溶解散失。这和微纳米气泡具有龟龄命的终究不符，说明这种理论自己存在缺点。现在还不克不及断定Laplace公式是否得当于微纳米气泡，可是在没有电荷等其他影响要素存在的环境下，150纳米液滴（相同气泡）表面张力的确能进步20倍。修正理论或根究原因原由都有大约。有人提出大约是表面材料对表面张力发生的影响，也有人认为是过饱和溶液能失落微纳米气泡表面张力，也是微纳米气泡龟龄命的原因原由。如气泡气液界面包含表面活性剂（居心或偶然）如卵白质或去垢剂，表面活性剂能失落表面张力，失落气泡内压，增加气泡安定性。超声气泡造影剂和药物运送气泡就是利用多么的原理。

 

微纳米气泡是有用的气液相处置处分进程，已往20年，这一技术遭到大量研讨职工的存眷。多数研讨会合在微微纳米气泡制备、测定和超藐小气泡特性分类等方面。近来有研讨探索了微微纳米气泡工业化使用的大约性。凭证初步研讨成果，许多学者提出，水处置处分技术是微微纳米气泡最有前景的领域。纵然最有前景的水处置处分领域，微纳米气泡的研讨依旧不充分，如现有研讨对气泡大小的定义和分类方面都没有同一了解。本文重点对微微纳米气泡的定义和分类、相同一般制备技术和表征丈量方法等举办总述。