张力控制2020年06
月
廖正浩李攀（同济大学环境科学与工程学院，上海200092）
摘要：微纳米气泡由于其具有上浮速度慢、比表面积大、表面带负电荷、能产生自由基等的特点，广泛应用于农业、渔业、工业、环境等领域。文章介绍了微纳米气泡技术的基本特性以及应用于工业清洗领域的研究进展。微纳米气泡技术能提高油脂的去除效率，同时不使用表面活性剂和酸碱等清洗剂，是一种节能环保的清洗技术。最后对微纳米气泡技术在工业清洗中的应用前景进行了展望。 关键词：微纳米气泡；清洗；脱脂；除垢；应用
1微纳米气泡的介绍
微纳米气泡(Micro-nano bubble)是指直径小于100µm的微
小气泡，其中又分为直径为1～100µm的微米气泡（Microbub⁃
ble）和直径小于1µm的纳米气泡（Nanobubble）[1]。微纳米气泡
具有独特的运动形态，如图1所示。一般的气泡（直径大于
100µm）通常为椭圆形，在水中以之字形或螺旋运动上浮，接触
水面后破裂并溶入大气。与之相比，微米气泡的上升速度极
慢，而且在上升过程中会逐渐溶解直至消失，富含微米气泡的
水通常呈乳白。纳米气泡的上浮速度小于布朗运动速度，因
此在水中不会上浮，同时也不会收缩消失，可以在水中稳定存
在很长时间，富含纳米气泡的水呈透明，在激光照射下呈现
丁达尔效应。远程定向强声扩音系统
由于微纳米气泡的直径远小于普通气泡，因此具有一些独
特的性质，例如上浮速度慢、比表面积大、表面带负电荷、能产
生自由基等[2]。利用上述特性，微纳米气泡在农渔业、医疗、工
业、环境等领域具有广泛的应用前景，例如水产养殖中的增氧
作用[3]、促进动植物生长[4]、降解有机物[5]、增强气浮效果[6]。微纳
米气泡表面为疏水性且带负电荷，其对胶体颗粒、
化学物质、油
脂具有吸附能力，因此微纳米气泡在分离、清洗等领域的应用
研究备受瞩目。
图1大气泡、微米气泡、纳米气泡的形态示意图[2]
2微纳米气泡的特点
2.1微米气泡的上升速度慢
根据斯托克斯公式，直径1mm的气泡在水中的上升速度约
为6m/min，而直径10µm的气泡在水中的上升速度仅为3mm/
粉体输送阀
min，后者是前者的1/2000。这说明了微纳米气泡上浮速度慢，
在水中停留时间长，其中纳米气泡更是能在水中稳定存在数
日。
2.2微纳米气泡的比表面积大
气泡的比表面积可以表示为6/R，R为气泡直径，当气泡直
径越小时，气泡的比表面积越大，气液之间的比接触面积也越
大，从而提高气体的传质效率；同时气泡的比表面积越大，其与
被清洗表面的接触概率越大，更有利于提升清洗效果。
2.3微米气泡具有自我加压效果
双生筷气泡外部被液体分子包围，气液界面处在表面张力，根据
密钥索引Young-Laplace方程，气泡内部会产生高压。直径1mm的气泡
内外压力差约为0.003atm，直径10µm的气泡内外压力差约为
0.3atm。气泡内部的高压会促进气体溶解到水中，并伴随气泡
自身在水中的溶解。因此，在生成O2微纳米气泡时常常伴随着
30mg/L以上的高溶解氧浓度。
2.4微米气泡的收缩运动
微纳米气泡单位体积的气液接触面积随直径缩小而逐渐
增大，随着气液接触面积和内压增大，内部气体会逐渐溶解到
周围的水中，因此微纳米气泡会随时间加速收缩，而且内部气
体不同的气泡收缩速度不同。
2.5微纳米气泡表面带负电荷
与水中的胶体粒子类似，纯水中微米气泡表面带有负电
荷。Ushikubo等发现氧气微纳米气泡的ζ电位为-34~-45mV，
空气微纳米气泡的ζ电位为-17~-20mV[7]。微纳米气泡带负电
荷对其吸附能力有重要的意义，这表明微纳米气泡可以吸附水
中的带电粒子。
3微纳米气泡在清洗领域的应用
伪随机数传统的脱脂、清洗过程利用化学清洗剂进行，清洗废水中
的油乳化液和残留清洗剂对环境造成较大的影响，乳化废水排
入水体后容易在水面上形成油膜导致水体缺氧，表面活性剂使
水的表面张力下降至50mN/m时会影响鱼类生存[8]，同时大量清
水用于漂洗也增加了水资源的浪费。而微纳米气泡由于直径
小，上浮速度慢，表面为疏水性且带负电，能够和水中的疏水性
物质、胶体物质等结合。因此微纳米气泡用于清洗领域的研究98
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