【水科技科普】微纳米气泡，肉眼可见？不可见？

2025-06-07 07:06:41

图3 微纳米气泡曝气图

停留于水体中的微纳米气泡虽然肉眼不可见，但用激光照射却可见一道明显的散射光束——即丁达尔效应；激光照射不含微纳米气泡的纯水则不会呈现丁达尔效应。根据丁达尔效应产生的原理，由于可见光（包含激光）的波长范围为400 - 760nm，而微纳米气泡粒径在数百nm~10气泡之间，微纳米气泡粒径小于激光波长而发生光的散射；而纯水粒子半径一般不超过1 nm，对光的散射作用很微弱，不会呈现明显的散射。

图4 微纳米气泡激光照射对比图

微纳米气泡的性质

比表面积大

有利于气液传质，提高气体在水中的溶解效率。微纳米气泡拥有较大的比表面积，气泡的比表面积可表示为S /V=3/r。在气泡体积不变时，气泡比表面积与气泡半径成反比，气泡半径为10 泡体和1 mm的气泡相比，在一定体积下前者的比表面积理论上是后者的100倍。

上浮速度慢

根据斯托克斯定律，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比。气泡直径越小则气泡的上升速度越慢。直径1mm的气泡在水中上升的速度为6m/min，而直径10直径的气泡在水中的上升速度为3mm/min。

自身增压溶解

气液界面表面张力能够压缩气泡内的气体，使更多的气泡内的气体溶解到水中。微纳米气泡在水中的溶解是一个气泡逐渐缩小的过程，气泡内压力的上升会增加气体的溶解速度，伴随着比表面积的增加，气泡缩小的速度会变的越来越快，从而最终溶解到水中。

表面带负电

纯水溶液是由水分子以及少量电离生成的H+和OH-组成，气泡的气液界面容易接受H+和OH-，通常阳离子比阴离子更容易离开气液界面，而使界面常带有负电荷。微纳米气泡带电荷的表面倾向于吸附介质中的反离子，从而形成稳定的双电层，表面电荷产生的电势差常利用ζ电位来表征，ζ电位是决定气泡界面吸附性能的重要因素。当微纳米气泡在水中收缩时，电荷离子在非常狭小的气泡界面上得到了快速浓缩富集，表现为ζ电位的显著增加。Ushikubo等研究发现，氧气和空气的微纳米气泡的ζ电位一般为-45～-34 mV和-20～-17 mV。

气浮效果好

气泡的吸附性能越好，则气浮效果越好，而气泡的吸附性能取决于其直径的大小。气泡的直径越小则其表面的电位越高，因此更容易吸附于液体中其他相的表面，使其与液体分离。

气液传质效率高

气液传质速率和效率与气泡直径成反比，微气泡直径极小，在传质过程中比传统气泡具有明显优势。微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气泡即使在水体中气体含量达到过饱和条件时，仍可继续进行气体的传质过程并保持高效的传质效率。

产生自由基

微米气泡在收缩时，由于双电层的电荷密度迅速增高，气泡破裂时，气液界面消失的剧烈变化将界面上高浓度的正负离子积蓄的能量释放，此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超强氧化作用，可降解水中正常条件下难以降解的污染物如苯酚等。研究发现，pH值较低时有利于羟基自由基的生成，此外，微纳米气泡的气体种类也会影响到气泡破裂时自由基的生成量。

微纳米气泡的应用

微纳米气泡具有特殊的物理化学性质，可以广泛应用在环保、农业、生产、生活、康体、医疗、工业清洗等众多领域。

该“微纳米气泡科普知识”资料根据国内外微纳米气泡研究领域的众多科研工作者、高校及科研单位、技术企业及行业协会的科研资料整理，帮助大众更好地了解微纳米气泡，仅限于对微纳米气泡的科普。如有不妥请及时联系我们进行修正。

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