液體中存在的微小氣泡，當氣泡直徑在100μm以下稱作微米氣泡，直徑為100nm以下的氣泡稱為納米氣泡。微納米氣泡是指氣泡發生時直徑在數十微米到數百納米之間的氣泡，這種氣泡是介於微米氣泡和納米氣泡之間，具有常規氣泡所不具備的物理與化學特性。
基本介紹
- 中文名：微納米氣泡
- 外文名：Micro Nano bubbles
- 別名：超微納米氣泡
- 套用領域：水環境治理、農業、水產養殖、污水處理、美容護膚等
微納米氣泡特性,比表面積大,上升速度慢,自身增壓溶解,表面帶電,產生大量自由基,氣體溶解率高,微納米氣泡的套用,水產養殖,無土栽培,果蔬清洗,美容護膚,水環境治理,污水處理,
微納米氣泡特性
比表面積大
氣泡的體積和表面積的關係可以通過公式表示。氣泡的體積公式為V=4π/3r，氣泡的表面積公式為A=4πr，兩公式合併可得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後者的100倍。空氣和水的接觸面積就增加了100倍，各種反應速度也增加了100倍。
上升速度慢
根據斯托克斯定律，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係圖可知，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，後者是前者的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。
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。對於具有球形界面的氣泡，表面張力能壓縮氣泡內的氣體，從而使更多的氣泡內的氣體溶解到水中。根據楊-拉普拉斯方程，P=2σ/r,P代表壓力上升的數值，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，從而最終溶解到水中，理論上微納米氣泡即將消失時的所受壓力為無限大。
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。已經帶上電荷的表面一般傾向於吸附介質中的反離子，特別是高價的反離子，從而形成穩定的雙電層。微納米氣泡的表面電荷產生的電勢差常利用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，表現為ζ電位的顯著增加，到微納米氣泡破裂前在界面處可形成非常高的ζ電位值。
產生大量自由基
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，最後消減湮滅溶入水中，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。對於普通氣泡，氣體的溶解度往往受環境壓力的影響和限制存在飽和溶解度。在標準環境下，氣體的溶解度很難達到飽和溶解度以上。而微納米氣泡由於其內部的壓力高於環境壓力，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。
微納米氣泡的套用
水產養殖
水體中高度溶氧的控制對魚的健康及生長來說是至關重要的一環，採用微納米氣泡技術以代替傳統的增氧方式，可以大大提高魚的活性與產量，是養殖業走向工廠化的有力保障。
無土栽培
生態農業：在水培植物生產過程中，水中溶氧量是影響生長發育速度的重要因子，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，還會出現缺氧爛根，所以在未來的生態農業技術中，微納米氣泡技術必將是不可或缺的配套新技術。
在設施園藝和旱地滴灌中，傳統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，形成微納米氣泡水用於灌溉。微納米氣泡水不僅能夠提供充足的氧氣，並且其特有的帶電性、氧化性、殺菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促進植物的生長發育。
果蔬清洗
機能性的微納米臭氧氣泡水可以實現無害化的非熱殺菌，既能保持其株型與原質，又可以達到無菌化的目的。
美容護膚
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啡的產生，令人有鎮靜與愉悅的感覺。
水環境治理
研究發現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。這是由於微納米氣泡在水中存在時間長，內部承載氣體釋放到水中的過程較慢，因此可實現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，實現水質淨化目的。
污水處理
微納米氣泡是直徑小於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，並具備自增氧、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套用前景。
