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纳米气泡的化学特性

发布时间:2018-11-14 浏览量:200

日常日子中,咱们常常看到许多气泡,例如番笕气泡、烧沸的水中上升的蒸汽气泡和翻开啤酒等饮料时溢出的气泡等等。图5 所示是啤酒中的气泡。咱们对大的气泡的印象是,它们都不安稳,摇一摇瓶子就会消失或随形成大气泡跑掉。那么,当气泡的标准不断缩小为纳米标准,气泡是否消失得更快,肉眼底子调查不到它们。啤酒中肉眼可见的气泡


随着先进成像技能的开展,如原子力显微镜的开展,尤其是其在溶液环境下纳米级成像技能以及多形式操作方法的完善,为观测和研讨知道纳米气泡发明了条件。2000 年,中国科学院上海使用物理研讨所胡钧课题组和日本的Ishida 等两个独立的试验室各自宣布了用TM-AFM 在试验中调查到的固液界面纳米气泡的图画。2001 年,澳大利亚的Attard 试验组也用原子力显微镜调查到了纳米气泡,宣布在重要期刊《物理评论》(Physics Review Letter)上。如图6 所示,这些图画给出了界面纳米气泡直观的描摹和长时刻安稳存在的直接依据,这些试验成果引起了极大重视。Chemical & Engineering News 和Physics News Update 等都对此进行了评论,以为“纳米气泡的AFM直接成像对长久以来的一个科学之谜进行了探究和解说”。之后,涌现出许多用原子力显微镜调查纳米气泡的工作。除AFM外的其他手法,如中子反射测定到疏水外表几个纳米的范围内水的浓度比体相中减少了10%—20%,这种现象被解说为是因为界面间存在纳米气层或纳米气泡形成水密度下降。澳大利亚William Ducker等使用红外光谱分析了二氧化碳纳米气泡在外表的红外吸收。随后其他课题组先后使用快速冷冻[18]、原位透射电子显微镜、全息内反射荧光显微镜、干与增强反射显微镜等对纳米气泡的根本性质进行了研讨。

理论上能够解说纳米气泡的安稳性吗?

调查到纳米气泡后,人们企图经过理论来解说纳米气泡的安稳性。依据经典理论纳米气泡内部的压力很大,其存在的时刻十分短。因而从理论上无法解说这种安稳存在。经典Laplace 方程的表达式为

ΔP = 2γ/R ,

其间, ΔP 是气泡表里的压力差, γ是气泡和液体的外表张力,R 是气泡的半径。依据Laplace 方程猜测,半径为10 nm 气泡内部的压力将到达144大气压。这么大的压强势必导致气泡很快溶解到溶液中。Ljunggren 等人依据菲克第二规律和Henry规律核算了溶液中纳米气泡的寿数,成果表明半径为10 nm的氮气气泡的寿数只有1 μs。试验成果和理论核算之间存在着极大的对立。那么,导致这种对立的原因在哪里呢?

人们企图寻觅全部能够用来解说纳米气泡安稳性的理论和方法。研讨者们各持己见,企图提出多种理论霸占这一难题。Yang 等提出,线张力的存在引起纳米气泡的触摸角大于杨氏触摸角,致使气泡的曲率半径增大,内部的压强减小,进而延伸了纳米气泡的寿数;Ducker提出,有一层污染物膜吸附在纳米气泡的外表,下降了外表张力,引起触摸角异常,气泡内Laplace压力减小,阻止了气体分散出纳米气泡,使得纳米气泡寿数得以延伸;Zhang 等根据气体分散理论和Henry 规律核算了溶液中纳米气泡的寿数,以为纳米气泡之所以能够安稳存在是源于其内部气体的高密度状态;Brenner 等以为纳米气泡的安稳性源于进出气液界面的气体分子到达动态平衡;Seddon 等以为纳米气泡内部的气体是Knudsen 气体(气体分子之间不存在彼此磕碰),气体从三相触摸线处进入纳米气泡内部,补偿了分散出气液界面的气体,在气泡顶端和三相触摸线之间形成了一个气体环流,所以纳米气泡能够安稳存在。可是这些理论猜测终究不是被试验现象推翻就是在解说了一些问题的同时又会引进新的问题,几乎没有哪一条理论能够完美地解说气泡安稳性而被研讨者一起认可。

近年来, Zhang 等、Liu 等、Weijs 和Lohse别离提出了三相线锚住理论模型。三相线固定主要是因为基底的几何或者化学不均匀性引起的。如图7 所示,因为三相线固定的存在,当气泡缩短时,气泡内部的压强会增大;当气泡成长时,气泡内部的压强也会变大。即受捆绑的界面纳米气泡的Laplace 压强总是阻止气泡的改变以保证其安稳性。最近,Lohse 和Zhang又进一步提出纳米气泡的安稳性是由三相触摸线锚住和气体饱和度一起影响的成果,而且这一理论也能够很好地解说触摸角的问题,但需求指出的是,它只适用于单个纳米气泡的状况,对于多个气泡依然无法解说。

⑷ 改善溶解氧、透明度,促进生态系统自主批改,前进水体自净才能;

⑸ 减小水分子簇缔合物,活化水体;

⑹ 活化“土著微生物”,前进生化降解功率;

⑺ 快速杀灭蓝藻,通过下降氮磷等营养盐含量,按捺蓝藻;

⑻ 降解浮泥层,促进底泥表面矿化,按捺底泥污染物向水体开释。


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