微納米氣泡的定義
通常我們把氣體在液體中的存在現(xiàn)象稱作氣泡。氣泡的形成現(xiàn)象，在自然界中的許多過程中都能遇到，當(dāng)氣體在液體中受到剪切力的作用時就會形成大小、形狀各不相同的氣泡。目前，對氣泡的分類與定義并不是十分嚴格，按照從大到小的順序可分為厘米氣泡（CMB）、毫米氣泡（MMB）、微米氣泡（MB）、微納米氣泡（MNB）、納米氣泡（NB）。所謂的微納米氣泡，是指氣泡發(fā)生時直徑在10微米左右到數(shù)百納米之間的氣泡，這種氣泡是介于微米氣泡和納米氣泡之間，具有常規(guī)氣泡所不具備的物理與化學(xué)特性。
微納米氣泡發(fā)生器特性
1.比表面積大
氣泡的體積和表面積的關(guān)系可以通過公式表示。氣泡的體積公式為V=4π/3r3，
氣泡的表面積公式為A=4πr2，兩公式合并可得A=3V/r，即V總=n·A=3V總/r。
也就是說，在總體積不變（V不變）的情況下，氣泡總的表面積與單個氣泡的直徑成反比。
根據(jù)公式，10微米的氣泡與1毫米的氣泡相比較，在一定體積下前者的比表面積理論上
是后者的100倍?？諝夂退慕佑|面積就增加了100倍，各種反應(yīng)速度也增加了100倍。
2.上升速度慢
根據(jù)斯托克斯定律，氣泡在水中的上升速度與氣泡直徑的平方成正比。氣泡直徑越小則
氣泡的上升速度越慢。從氣泡上升速度與氣泡直徑的關(guān)系圖可知，氣泡直徑1mm的氣泡在
水中上升的速度為6m/min，而直徑10μm的氣泡在水中的上升速度為3mm/min，后者是前者的1/2000。如果考慮到比表面積的增加，微納米氣泡的溶解能力比一般空氣增加20萬倍。
3.自身增壓溶解
水中的氣泡四周存有氣液界面，而氣液界面的存在使得氣泡會受到水的表面張力的作用。
對于具有球形界面的氣泡，表面張力能壓縮氣泡內(nèi)的氣體，從而使更多的氣泡內(nèi)的氣體溶解到水中。
根據(jù)楊-拉普拉斯方程， ?P=2σ/r,?P代表壓力上升的數(shù)值，σ代表表面張力，r代表氣泡半徑。
直徑在0.1mm以上的氣泡所受壓力很小可以忽略，而直徑10μm的微小氣泡 會受到0.3個大氣壓的壓力，而直徑1μm的氣泡會受高達3個大氣壓的壓力。微納米氣泡在水中的溶解是一個氣泡逐漸縮小的過程，壓力的上升會增加氣體的溶解速度，伴隨著比表面積的增加，氣泡縮小的速度會變的越來越快，從而*終溶解到水中，理論上氣泡即將消失時的所受壓力為無限大。
4.表面帶電
純水溶液是由水分子以及少量電離生成的H+和OH-組成，氣泡在水中形成的氣液界面具有容易
接受H+和OH-的特點，而且通常陽離子比陰離子更容易離開氣液界面，而使界面常帶有負電荷。
已經(jīng)帶上電荷的表面傾向于吸附介質(zhì)中的反離子，特別是高價的反離子，從而形成穩(wěn)定的雙電層。
微氣泡的表面電荷產(chǎn)生的電勢差常利用ζ電位來表征，ζ電位是決定氣泡界面吸附性能的重要因素。當(dāng)微納米氣泡在水中收縮時，電荷離子在非常狹小的氣泡界面上得到了快速濃縮富集，表現(xiàn)為ζ電位的顯著增加，到氣泡破裂前在界面處可形成非常高的ζ電位值。
5.產(chǎn)生大量自由基
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，此時可激發(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
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等，實現(xiàn)對水質(zhì)的凈化作用。
6.傳質(zhì)效率高
氣液傳質(zhì)是許多化學(xué)和生化工藝的限速步驟。研究表明，氣液傳質(zhì)速率和效率與氣泡直徑成反比，
微氣泡直徑極小，在傳質(zhì)過程中比傳統(tǒng)氣泡具有明顯優(yōu)勢。當(dāng)氣泡直徑較小時，微氣泡界面處的
表面張力對氣泡特性的影響表現(xiàn)得較為顯著。這時表面張力對內(nèi)部氣體產(chǎn)生了壓縮作用，使得微氣
泡在上升過程中不斷收縮并表現(xiàn)出自身增壓效應(yīng)。從理論上看，隨著氣泡直徑的無限縮小，氣泡界
面的比表面積也隨之無限增大，*終由于自身增壓效應(yīng)可導(dǎo)致內(nèi)部氣壓增大到無限大。因此，
微氣泡在其體積收縮過程中，由于比表面積及內(nèi)部氣壓地不斷增大，使得更多的氣體穿過氣泡界面
溶解到水中，且隨著氣泡直徑的減小表面張力的作用效果也越來越明顯，*終內(nèi)部壓力達到一定
極限值而導(dǎo)致氣泡界面破裂消失。因此，微氣泡在收縮過程中的這種自身增壓特性，可使氣液
界面處傳質(zhì)效率得到持續(xù)增強，并且這種特性使得微氣泡即使在水體中氣體含量達到過飽和條件時
仍可繼續(xù)進行氣體的傳質(zhì)過程并保持高-效的傳質(zhì)效率。
7.氣體溶解率高
微納米氣泡具有上升速度慢、自身增壓溶解的特點，使得微納米氣泡在緩慢的上升過程中逐步縮小
成納米級，然后消減湮滅溶入水中，從而能夠大大提高氣體（空氣、氧氣、臭氧、二氧化碳等）在
水中的溶解度。對于普通氣泡，氣體的溶解度往往受環(huán)境壓力的影響和限制存在飽和溶解度。在
標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，氣體的溶解度很難達到飽和溶解度以上。而微納米氣泡由于其內(nèi)部的壓力高于環(huán)境壓力
使得以大氣壓為假定條件計算的氣體過飽和溶解條件得以打破。
微納米水處理的應(yīng)用
1.水產(chǎn)養(yǎng)殖
在工廠化漁業(yè)的養(yǎng)殖上，特別是未來漁業(yè)的陸基養(yǎng)殖技術(shù)，大多是往高密度的集約化方向發(fā)展，
在這種環(huán)境下，水體中高度溶氧的控制對魚的健康及生長來說是至關(guān)重要的一環(huán)，采用超細
微泡技術(shù)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的增氧方式，將是一項革命性的創(chuàng)新，可以大大提高魚的活性與產(chǎn)量，是
養(yǎng)殖業(yè)走向工廠化的有力保障，并且微納米氣泡具有刺激生物生長及增強免疫力的效果。
2.無土栽培
生態(tài)農(nóng)業(yè)：在水培植物生產(chǎn)過程中，水中溶氧量是影響生長發(fā)育速度的重要因子，溶氧充足生長
就快，溶氧度低不僅生長慢，而且低至植物所需溶氧的臨界值以下，還會出現(xiàn)缺氧爛根，所以在生
產(chǎn)上以提高水中溶氧作為水培的主體技術(shù)，不管是循環(huán)方式栽培模式如何多樣化，但*終都是為圍
繞溶氧的提高作為其模式的可行性保障，凡是能讓水中溶氧提高的技術(shù)措施，都是增進植物生長與
促進發(fā)育的增產(chǎn)措施。在未來的生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)中，超細微氣泡技術(shù)必將是的配套新技術(shù)。
在設(shè)施園藝和旱地滴灌中，已廣泛采用氣泵充氧等措施來增加水中溶氧量，提高作物根際氧含量，
促進根系生長，進而增加產(chǎn)量，并提高水分和肥料利用效率。但是傳統(tǒng)的充氧方式效率比較低，難
以使灌溉水中溶氧值迅速增加，利用微納米氣泡快速發(fā)生裝置對灌溉水進行曝氣處理，可以使溶氧
值迅速達到超飽和狀態(tài)，形成微納米氣泡水用于灌溉。微納米氣泡水不僅能夠提供充足的氧氣，并且
其的帶電性、氧化性、殺菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促進植物的生長發(fā)育。
3.果蔬清洗
機能性的微納米臭氧氣泡水可以實現(xiàn)無害化的非熱殺菌，既能保持其株型與原質(zhì)，又可以達到無菌化
的目的。臭氧具有強氧化性，可與蔬菜、水果中的殘留有機磷農(nóng)藥發(fā)生反應(yīng)，強氧化劑或自由基的強氧
化作用可將農(nóng)藥分子的雙鍵斷開，苯環(huán)開環(huán)，破壞其分子結(jié)構(gòu)，生成相應(yīng)的酸、醇、胺或其氧化物等小
分子化合物，這些小分子化合物大多無毒，易溶于水，可馬上被洗滌出去。同時臭氧可殺滅表面的各種
細菌和病毒，達到解毒目的。與一般的臭氧水相比，對去除鮮果、蔬菜上附著的殘留農(nóng)藥有更顯著的效果。
4.洗浴保健
微納米氣泡浴：水中如果含有大量的微納米氣泡，就會降低水的透明度，顏色像牛奶一樣發(fā)白，故微
納米氣泡浴又稱牛奶浴。水中的氣泡從零開始增大至微米級氣泡而破滅，產(chǎn)生的低音頻率具有去除污垢的
效果，同時低音頻率更具有刺激腦內(nèi)啡的產(chǎn)生，令人有鎮(zhèn)靜與愉悅的感覺。此外，如果水中含有以氧氣產(chǎn)
生的超微氧氣泡，當(dāng)身體浸泡在這種含高氧量的水中，可以滋養(yǎng)皮膚、延緩老化，達到高氧療法之功效。
并且沒有任何添加劑，符合現(xiàn)代人對環(huán)保及健康生活的要求。
5.生態(tài)修復(fù)
研究發(fā)現(xiàn)富含微納米氧氣氣泡的水對動植物都具有促進生物活性的作用。這是由于微納米氣泡在水中存在時間長，內(nèi)部承載氣體釋放到水中的過程較慢，因此可實現(xiàn)對承載氣體的充分利用，提供充足的活性氧以促進水中生物的新陳代謝活性。向污染的缺氧水域中鼓入微納米氣泡時，隨著氣泡內(nèi)溶解氧的消耗不斷向水中補充活性氧，可增強水中好氧微生物、浮游生物以及水生動物的生物活性，加速其對水體及底泥中污染物的生物降解過程，實現(xiàn)水質(zhì)凈化目的。
6.污水處理
微納米氣泡是直徑小于50微米的極細微氣泡，微納米氣泡在水中上升速度慢、停留時間長、溶解效率高，并具備自增氧、帶負電荷和富含強氧化性的自由基等特性。這些特點使得微納米氣泡在水處理上具有廣泛的應(yīng)用前景。
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