本來(lái)被認(rèn)為幾乎不大約存在的小規(guī)范氣泡，居然能長(zhǎng)久安定存在，一旦被斷定就被工業(yè)尤其是水處置處分領(lǐng)域器重，微納米氣泡現(xiàn)已完結(jié)初步廣泛受質(zhì)疑到廣泛受器重的改變。微納米氣泡技術(shù)也遭到氫氣醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的器重，因?yàn)檫@種技術(shù)辦理了氣體溶解速率小，溶解度小的瓶頸，微納米氣泡現(xiàn)已成為氫氣醫(yī)學(xué)的最佳伙伴。
相變技術(shù)使用領(lǐng)域廣泛，如環(huán)境、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、化工和動(dòng)力等領(lǐng)域。氣／液相變技術(shù)一般用于廢水和水處置處分技術(shù)、水生態(tài)系統(tǒng)光復(fù)、食物加工、水產(chǎn)農(nóng)業(yè)、石化等職業(yè)。大多數(shù)氣液相變進(jìn)程遵守遭到多種操作和介質(zhì)性質(zhì)的影響。從傳質(zhì)理論視點(diǎn)，起首思量的優(yōu)化計(jì)謀是增加交兵表面面積。重要影響要素包含混雜器的方案、柱包裹材料、擋板布局、噴淋方法、打針噴嘴、漫衍器方案等，非有必要影響要素包含交兵相之間的熱傳質(zhì)或反應(yīng)表面。
一、什么是微納米氣泡
氣泡是指液體內(nèi)充斥氣體的空穴，產(chǎn)負(fù)氣泡的根柢條件是液體內(nèi)氣泡內(nèi)壓不小于環(huán)境壓力。氣泡表面擁有不同于氣泡地點(diǎn)液體性質(zhì)的身分。表面活性劑對(duì)氣泡的構(gòu)成十分重要但并不是有必要條件。因?yàn)楦×Ρ攘Υ螅髿馀菹嗤话銜?huì)靈敏上升到表面崩解，直徑小于1微米的氣泡也就是微微納米氣泡因存在現(xiàn)在不了解的機(jī)制，能在液體中永劫間安定存在。
納米技術(shù)領(lǐng)域，相同一般風(fēng)俗把100納米以下作為納米顆粒的最大規(guī)范，可是微納米氣泡直徑相同一般是大于100納米，氣泡研討領(lǐng)域相同一般把1000納米以下作為微納米氣泡或微微納米氣泡，100微米以下為細(xì)小氣泡。微納米氣泡有兩種根柢模范，一種是非球形界面微納米氣泡，是牢固漫衍在液體和固體界面上的氣泡，這種氣泡在學(xué)術(shù)界被研討相對(duì)充分，但使用相對(duì)少。另一種就是咱們比力熟諳的體相微納米氣泡，就是懸浮在液體中的球形微納米氣泡。本文重要指體相微納米氣泡。
當(dāng)然氣泡的研討汗青現(xiàn)已趕過(guò)半個(gè)世紀(jì)，可是氣泡的模范和分類不斷存在爭(zhēng)議。學(xué)術(shù)上對(duì)氣泡分類重要憑證氣泡性質(zhì)的不同，最常用的目標(biāo)是氣泡大小、表面特性友善泡壽數(shù)。這些特性重要決定于氣泡大小，因而許多學(xué)者把氣泡大小作為僅有分類規(guī)范。依據(jù)這個(gè)規(guī)范，氣泡被分為大氣泡、微米氣泡、亞微米氣泡或
微納米氣泡，也有接納更一般分類為大氣泡、小氣泡和超小氣泡。當(dāng)然學(xué)者們對(duì)氣泡的大小領(lǐng)域具體有不同見(jiàn)地，但大多數(shù)贊同微氣泡直徑應(yīng)該在10－100微米的領(lǐng)域，1-10微米為亞微米氣泡，10-1000納米為
微納米氣泡。
經(jīng)典理論認(rèn)為氣泡越小表面張力越大，微納米氣泡表面張力大構(gòu)成內(nèi)壓十分高，因而微納米氣泡存在性和安定性不斷是有爭(zhēng)議的論題。許多學(xué)者利用不同技術(shù)探測(cè)微納米氣泡。與大氣泡研討相同，學(xué)者們沒(méi)有糾結(jié)于微納米氣泡的定義。有學(xué)者甚至輕忽微納米氣泡和微米氣泡存在被輕忽的直徑領(lǐng)域，認(rèn)為直徑小于200納米的氣泡為微納米氣泡，10微米以上的為微米氣泡，對(duì)200納米到10微米之間的氣泡不去剖析，也有學(xué)者把200納米－10微米氣泡定義為微微納米氣泡，這說(shuō)明對(duì)超細(xì)小氣泡的分類缺少清楚的規(guī)范。2012年，吳等定義納米和亞微米氣泡，認(rèn)為500納米以下為納米和亞微米氣泡。近來(lái)有學(xué)者認(rèn)為直徑小于數(shù)百納米的氣泡為微納米氣泡，這不光愚昧并且存在矛盾。總歸，微納米氣泡直徑的最大規(guī)范存在不同見(jiàn)地，直徑小于1微米的氣泡因?yàn)橐?guī)范和特性相同可分類為超細(xì)氣泡或微納米氣泡。
氣泡分類不光憑證大小，并且憑證其特性和在液體中的行為。圖1對(duì)不同氣泡大小的分類舉辦了匯總。1－10微米氣泡其大小和特性都介于微米氣泡和微納米氣泡之間，被歸類到亞微米氣泡。當(dāng)然學(xué)術(shù)界對(duì)微米氣泡的特性有平等見(jiàn)地，可是對(duì)氣泡的大小領(lǐng)域沒(méi)有同一規(guī)范。
二、微納米氣泡特性
切合納米材料紀(jì)律，微納米氣泡也具有比表面積大的特色，這也是微納米氣泡作為氣液技術(shù)應(yīng)該的重要根柢。其他，微納米氣泡還具有剛性大，表面有負(fù)電荷，浮力小，安定性極好，龜齡命等特色，決定了微納米氣泡的特別用處。微納米氣泡內(nèi)壓和安定性方面，存在理論策畫(huà)和終究不符的環(huán)境，現(xiàn)在并沒(méi)有理解的結(jié)論。
氣泡表面積友善泡直徑呈負(fù)相干關(guān)連，（表面積A和直徑D的數(shù)學(xué)關(guān)連A＝6/D）。因而同樣體積的氣泡，100納米直徑氣泡表面積是10微米直徑面積的100倍。
理論上氣泡構(gòu)成斲喪能量依賴于界面面積，界面面積決定于氣泡表面張力。直徑小于25微米的小氣泡表面剛性強(qiáng)，相同于高壓氣球，不簡(jiǎn)單破碎。數(shù)毫米直徑的大氣泡表面比力柔軟，很簡(jiǎn)單變形破碎。大氣泡的浮力比力大很簡(jiǎn)單上升到液面。Stokes公式R =ρgd2/18μ（ρ = 密度，g = 重力加速率，d =氣泡直徑，μ =粘滯度）可策畫(huà)氣泡上浮速率。氣泡上流浪速率友善泡直徑的平方成正比，這種關(guān)連只利用于小氣泡。直徑大于2毫米的大氣泡因?yàn)樾螤畎l(fā)生改變，上升速率并不會(huì)受直徑影響。低于1微米的
微納米氣泡上升速率十分慢，遠(yuǎn)低于布朗活動(dòng)，團(tuán)體上表現(xiàn)為不上升。
除了浮力外，直徑小于25-50微米的小氣泡有自動(dòng)緊縮特性。憑證Henry規(guī)律，溶液中溶解氣體的分壓與氣泡內(nèi)氣體分壓平等時(shí)，氣泡內(nèi)氣體溶解和溶液中氣體向氣泡內(nèi)開(kāi)釋抵達(dá)均衡。小氣泡因?yàn)楸砻鎻埩πЧ麅?nèi)壓增加，構(gòu)成氣泡內(nèi)氣體分壓趕過(guò)氣泡四周溶解氣體分壓，氣泡內(nèi)氣體超四周靜溶解，這會(huì)導(dǎo)致氣泡進(jìn)一步縮小，體積縮小導(dǎo)致表面張力效應(yīng)加強(qiáng)，導(dǎo)致正反饋效應(yīng)，氣泡會(huì)靈敏瓦解。相反大氣泡因?yàn)樯仙闹莒o水壓下降導(dǎo)致內(nèi)壓失落，減壓導(dǎo)致氣泡體積增大，氣泡內(nèi)氣體分壓失落，導(dǎo)致溶液中氣體向氣泡內(nèi)靜開(kāi)釋，這會(huì)導(dǎo)致氣泡體積增大，表面張力效應(yīng)失落，氣泡內(nèi)壓進(jìn)一步失落。所以，在某氣體飽和溶液中，這種氣體的氣泡有大者增大，小者縮小的趨勢(shì)。看來(lái)氣泡也恰恰切合馬太效應(yīng)。
這種環(huán)境十分切合潛水員減壓病發(fā)生的進(jìn)程，潛水員在水下中止必定時(shí)刻后，體液中氣體抵達(dá)必定飽和度，一旦回來(lái)水面速率過(guò)快，身段內(nèi)一些氣泡會(huì)因?yàn)榄h(huán)境壓下降而增大，這種趨勢(shì)過(guò)于嚴(yán)峻就導(dǎo)致氣體阻斷血流抑制構(gòu)造等成果，就是模范的減壓病。治療減壓病的原理也很簡(jiǎn)單，就是把潛水員舉辦從頭加壓，加壓的成果就是把大氣泡變成小氣泡，小氣泡有變小散失的趨勢(shì)，辦理了氣泡就排除了病因。
圖2. 經(jīng)典氣泡的馬太效應(yīng)
微納米氣泡也存在比力強(qiáng)的靜電場(chǎng)，能阻止氣泡發(fā)生交融，抵擋浮力效果。在程度電場(chǎng)中，氣泡電荷決定于程度速率v = ζε/μ（v=程度速率，ζ = zeta電位(V), ε =水的介電常數(shù)(s2?C2?kg-1?m-3)，μ =粘滯度(Pa?s).）
zeta電位相同一般是負(fù)值，但大多數(shù)與氣泡直徑無(wú)關(guān)。zeta電位受水的pH值影響十分大，也遭到離子強(qiáng)度影響（離子濃度越大，zeta電位越低）。全部氣泡都具有負(fù)電位，相互之間的靜電架空力能限定氣泡交融。因?yàn)闅馀菰叫。匾哪芰吭酱螅蚨馀輿Q裂也不簡(jiǎn)單發(fā)生。所以，小氣泡能夠增大或縮小，但不簡(jiǎn)單發(fā)生交融和破碎。
不可溶性氣體能夠構(gòu)成超龜齡命的微納米氣泡。憑證Laplace公式，Pi＝Po＋4γ/d，氣泡內(nèi)壓就是環(huán)境壓與4γ/d的和（γ是表面張力(N m-1) ，d 是氣泡直徑(m)），氣泡直徑越小，內(nèi)壓越大。10微米氣泡內(nèi)壓約1.3個(gè)大氣壓，100微米氣泡約1.03個(gè)大氣壓。憑證策畫(huà)，微納米氣泡內(nèi)壓會(huì)抵達(dá)十分高程度，足以讓內(nèi)部氣體靈敏溶解散失。這和微納米氣泡具有龜齡命的終究不符，說(shuō)明這種理論自己存在缺點(diǎn)。現(xiàn)在還不克不及斷定Laplace公式是否得當(dāng)于微納米氣泡，可是在沒(méi)有電荷等其他影響要素存在的環(huán)境下，150納米液滴（相同氣泡）表面張力的確能進(jìn)步20倍。修正理論或根究原因原由都有大約。有人提出大約是表面材料對(duì)表面張力發(fā)生的影響，也有人認(rèn)為是過(guò)飽和溶液能失落微納米氣泡表面張力，也是微納米氣泡龜齡命的原因原由。如氣泡氣液界面包含表面活性劑（居心或偶然）如卵白質(zhì)或去垢劑，表面活性劑能失落表面張力，失落氣泡內(nèi)壓，增加氣泡安定性。超聲氣泡造影劑和藥物運(yùn)送氣泡就是利用多么的原理。
微納米氣泡是有用的氣液相處置處分進(jìn)程，已往20年，這一技術(shù)遭到大量研討職工的存眷。多數(shù)研討會(huì)合在微微納米氣泡制備、測(cè)定和超藐小氣泡特性分類等方面。近來(lái)有研討探索了微微納米氣泡工業(yè)化使用的大約性。憑證初步研討成果，許多學(xué)者提出，水處置處分技術(shù)是微微納米氣泡最有前景的領(lǐng)域。縱然最有前景的水處置處分領(lǐng)域，微納米氣泡的研討依舊不充分，如現(xiàn)有研討對(duì)氣泡大小的定義和分類方面都沒(méi)有同一了解。本文重點(diǎn)對(duì)微微納米氣泡的定義和分類、相同一般制備技術(shù)和表征丈量方法等舉辦總述。
