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纳米气泡制备方法

空化产生气泡是静态或准静态过程,主要在特定温度下使压强下降到某阈值,这类似于沸腾,区别是通过降低压强而不是增加温度。气泡形成后进入融合和崩解的动态过程。根据气泡内容不同,空化分为雾空化和气空化。气泡融合和气泡崩解是小气泡的两种相反状态,小气泡融合起来可变成大气泡,也能通过崩解变成更小的气泡。
 

纳米气泡制备方法
 

气泡制备方法主要包括水力空化和颗粒空化、声学或声波降解法、电化学气蚀和机械搅拌等。所有技术背后的物理学基础都是利用表面张力和能量消耗降低压强。加压强空化有两种技术,一个是利用水流湍流造成压强改变的水力空化,另一个是使用声波空化作用。局部能量耗竭空化可用光源光子或其他基本粒子诱导。在水处理技术中,水力空化是常用的气泡制备技术,通过加压饱和、气泡剪切、分裂和机械搅拌等产生气泡。声波空化是利用声波在液体中产生的高负压超过周围静水压的空化作用产生气泡。超声波探头有的放在液体内,也有的放在液体外。声波空化有两种情况。第一种是均匀成核,是气泡崩解时声波引起的拉伸应力超过分子间作用力。实现这一目标所需的能量远远大于理论计算值,因为液体本身具有非均匀性,气泡出现具有不确定性。第二种是异相成核,空化在液体最薄弱区域出现,例如液体中本来存在不易扩散的气体。电化学方法是用表面产生电流形成气泡。机械空化是利用高速搅拌将有限体积气体与液体进行混合,其原理与水力空化类似。
 

实验室纳米气泡制备方法包括浸渍自发生成、溶液替换、温差、电解水、催化和加减压等。工业制备主要考虑能耗和效率,纳米气泡的基本工业制备方法有四类,分别是机械剪切、超声空化、加减压和湍流管法。机械剪切是高速搅拌溶液,让有限体积的气体和液体充分混合并空化成气泡。超声空化是利用声波使液体局部出现负压应力,负压使局部液体内气体过饱和而析出气泡。加压使气体溶解度增加,减压使气体出现过饱和而析出。湍流管法是利用湍流形成的局部水压的波动。这些方法制造气泡的基本原理非常接近,都是利用水压强的剧烈波动,使水中气体在溶解和析出的快速转换中产生气泡。为了获得更好的效果,实际应用中常将多种方法联合起来使用。生产包装氢水时,常用超声结合加减压,通过技术指标优化获得最佳气泡生成效果。小型纳米气泡氢水机常采用减压湍流管技术。

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