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什么是纳米气泡

       气泡是指液体内充满气体的空穴，产生气泡的基本条件是液体内气泡内压不小于环境压力。气泡表面拥有不同于气泡所在液体性质的成分。

       表面活性剂对气泡的形成十分重要但并不是必须条件。由于浮力比较大，大气泡一般会迅速上升到表面崩解，直径小于1微米的气泡也就是微纳米气泡因存在目前不了解的机制，能在液体中长时间稳定存在。

    一般习惯把100纳米以下作为纳米颗粒的尺度，但是纳米气泡直径一般是大于100纳米，气泡研究领域一般把1000纳米以下作为纳米气泡或微纳米气泡，100微米以下为细小气泡。纳米气泡有两种基本类型，一种是非球形界面纳米气泡，是固定分布在液体和固体界面上的气泡，这种气泡在学术界被研究相对充分，但应用相对少。研究者对石英矿、煤矿、磷矿、铁矿和黄铜矿的浮选研究发现，纳米气泡的存在提高了有用矿物的回收率和浮选速率、减少了药剂用量。另一种就是我们比较熟悉的体相纳米气泡，就是悬浮在液体中的球形纳米气泡。本文主要指体相纳米气泡。

      学术上对气泡分类主要根据气泡性质的不同，常用的指标是气泡大小、表面特征和气泡寿命。这些特征主要决定于气泡大小，因此许多学者把气泡大小作为分类标准。

     按照这个标准，气泡被分为大气泡、微米气泡、微纳米气泡或纳米气泡，也有采用更通俗分类为大气泡、小气泡和超小气泡。这个转速是一个涡轮喷气发动机的等级，就像是汽车的引擎以每分钟5000转的速度运行，方向盘速度时约为10,000转/分钟，所以微纳米气泡发生器的超高速转动要有多快，我想大家可想而知。虽然学者们对气泡的大小范围具体有不同看法，但大多数同意微纳米气泡直径应该在10－100微米的范围，1-10微米为超微纳米气泡，10-1000纳米为纳米气泡。

纳米气泡特征讲解

纳米气泡也具有比表面积大的特点，这也是纳米气泡作为气液技术应该的重要基础。另外，纳米气泡还具有刚性大，表面有负电荷，浮力小，稳定性好，长寿命等特点，决定了纳米气泡的特殊用途。(2)在结束曝气处理后，虽然水中仍有营养物质存在，但微纳米气泡系统内水质可以保持一段时间，而非微纳米气泡曝气系统内水质会迅速恶化。纳米气泡内压和稳定性方面，存在理论计算和事实不符的情况，目前并没有明确的结论。

纳米气泡表面积和气泡直径呈负相关关系，（表面积A和直径D的数学关系A＝6/D）。因此同样体积的气泡，100纳米直径气泡表面积是10微米直径面积的100倍。

      理论上气泡形成消耗能量依赖于界面面积，界面面积决定于气泡表面张力。直径小于25微米的微纳米气泡表面刚性强，类似于高压气球，不容易压破。数毫米直径的大气泡表面比较柔软，很容易变形压破。大气泡的浮力比较大很容易上升到液面。

     Stokes公式R =ρgd2/18μ（ρ = 密度，g = 重力加速度，d =气泡直径，μ =粘滞度）可计算气泡上浮速度。气泡上漂浮速度和气泡直径的平方成正比，这种关系只使用于小气泡。表面荷电是微纳米气泡的一项重要特征，在一个广泛的pH值范围内微纳米气泡都带负电，等电势点pH值约为3．5。直径大于2毫米的大气泡由于外形发生变化，上升速度并不会受直径影响。低于1微米的纳米气泡上升速度非常慢，远低于布朗运动，整体上表现为不上升。

微纳米气泡水中停留时间长

非微纳米气泡在水体中产生后，会迅速上升到水面并破灭消失，气泡存在的时间短；而微纳米气泡一经产生，在水中上升的速度较慢，从产生到破灭的历程通常达到几十秒甚至几分钟  ，而且在上升过程中体积会不断收缩并于水中***终溶解消失，如图 2 中所示。对于微纳米气泡来说，体积越小的气泡在水中的上升速度就越慢，例如：气泡直径为 1 mm 的气泡在水中上升的速度为 6 m/min，而直径为 10 μm 的气泡在水中的上升速度为 3 mm/min，后者是前者的1/2000。在含有氧气纳米超微气泡水中，鱼介类对环境变化的适应能力增强，使衰弱的机体迅速得以恢复。

当气泡直径较小时，微纳米气泡界面处的表面张力对气泡特性的影响表现得较为显著。这时表面张力对内部气体产生了压缩作用，使得微纳米气泡在上升过程中不断收缩并表现出自身增压效应。纳米气泡的稳定性一直存在争议，按照经典的Young–Laplace公式，当气泡体积越小，表面张力越大，内部压力越大，内部压力大会驱动气泡内气体向液体扩散溶解，表面张力和气体丢失的结果使气泡快速趋向缩小甚至崩溃消失。从理论上看，随着气泡直径的***缩小，气泡界面的比表面积也随之***增大，***终由于自身增压效应可导致内部气压增大到***大。

因此，微纳米气泡在其体积收缩过程中，由于比表面积及内部气压地不断增大，使得更多的气体穿过气泡界面溶解到水中，且随着气泡直径的减小表面张力的作用效果也越来越明显，***终内部压力达到一定极限值而导致气泡界面破灭消失  。

因此，微纳米气泡在收缩过程中的这种自身增压特性，可使气液界面处传质效率得到持续增强，并且这种特性使得微纳米气泡即使在水体中气体含量达到过饱和条件时，仍可继续气体的传质过程并保持***的传质效率