液體中存在的的微小氣泡，氣泡直徑在100μm以下的氣泡統稱為超微氣泡，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：超微氣泡
- 外文名：Ultra micro bubbles
- 套用領域：水環境治理、農業、水產養殖、污水處理等
- 釋義：液體中存在的微小氣泡
超微氣泡特性
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，超微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。超微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，理論上超微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。超微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。當超微氣泡在水中收縮時，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，到超微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
超微氣泡破裂瞬間，由於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能一下子釋放出來，此時可激發產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，其產生的超強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苯酚等，實現對水質的淨化作用。
氣體溶解率高
超微氣泡具有上升速度慢、自身增壓溶解的特點，使得超微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。而超微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。
