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=4π3r3，氣泡的表面積公式為 A=4 πr2，兩公式合并可得 A=3Vr，即 V 總=n·A=3V 總r。也就是說(shuō)，在總體積不變(V 不變)的情況下，氣泡總的表面積與單個(gè)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 6mmin，而直徑 10μm 的氣泡在水中的上升速度為 3mmmin，后者是前者的 12000。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(wàn)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(huì)受到水的表面張力的作用。對(duì)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=2σr,?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(huì)受到 0.3 個(gè)大氣壓的壓力，而直徑 1μm 的氣泡會(huì)受高達(dá)3 個(gè)大氣壓的壓力。微納米氣泡在水中的溶解是一個(gè)氣泡逐漸縮小的過程，壓力的上升會(huì)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(huì)變的越來(lái)越快，從而溶解到水中，理論上氣泡即將消失時(shí)的所受壓力為無(wú)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(diǎn)，而且通常陽(yáng)離子比陰離子更容易離開氣液界面，而使界面常帶有負(fù)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(jià)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(shì)差常利用ζ電位來(lái)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(shí)，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(lái)，此時(shí)可激發(fā)產(chǎn)生大量的羥基自由基。羥基自由基具有氧化還原電位，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苯酚等，實(shí)現(xiàn)對(duì)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，微氣泡直徑很小，在傳質(zhì)過程中比傳統(tǒng)氣泡具有明顯優(yōu)勢(shì)。當(dāng)氣泡直徑較小時(shí)，微氣泡界面處的表面張力對(duì)氣泡特性的影響表現(xiàn)。這時(shí)表面張力對(duì)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(wú)限縮小，氣泡界面的比表面積也隨之無(wú)限增大，由于自身增壓效應(yīng)可導(dǎo)致內(nèi)部氣壓增大到無(wú)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(lái)越明顯，內(nèi)部壓力達(dá)到一定限值而導(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(qiáng)，并且這種特性使得微氣泡即使在水體中氣體含量達(dá)到過飽和條件時(shí)仍可繼續(xù)進(jìn)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(diǎn)，使得微納米氣泡在緩慢的上升過程中逐步縮小成納米，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(duì)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(dá)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(jì)算的氣體過飽和溶解條件得以打破。
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