微/奈米氣泡的產生方法

關鍵字 #工業水處理 #低耗能 #清潔

在學術研究、消費者使用和工業應用等許多領域裡，都可以查到許多關於微米、奈米氣泡的相關文獻。基本上都將重點放在氣泡的形成機制、氣泡數量、氣泡大小和分佈、成本或生成效率。 以下說明將引用 H. Tsuge 發表的相關書籍及文獻，將產生方法概分為九大類，另外雖然有不同的類別但多種類型皆具有共同的操作特徵。 在這些類別中，部分由於與生物醫學應用相關，耀群實際只著重於兩種特定類型（以粗體標記） 的研究開發。

1. Rotational liquid flow generator（旋轉液流發生器）
利用加壓水快速旋轉產生內外旋流差以將空氣剪切成細小氣泡。通常會利用產生器伴隨的負壓被動吸入氣體。 氣泡大小範圍通常為 10-75 μm。 與其他方法相比，發生器使用的水量大，產生微泡的效率低，但具有將固有的微泡撕裂成更小Size的潛力。這種特殊的裝置非常適合需要將氣體輸送到大量水中的情況。

2. Dissolved gas generator（氣體溶解）
將氣體與液體先利用機械加壓的方式混合並保持在壓力下，然後釋放到較低壓力的水體中釋出氣泡。通常是利用渦輪泵直接連續對氣液加壓再由噴嘴排出。另一種操作機制是將高壓氣體靜態施加到攪拌的液體上。通過噴嘴噴射這種攪拌過的液體會產生微泡。產生的氣泡的大小和分佈高度依賴於系統的壓力、流速和噴嘴結構。通常這種類型的發生器會產生大量具有小尺寸分佈的微氣泡（通常低於 60 μm）。

3. Electrolysis generator（電解產生）
可以通過將水電解成氫氣和氧氣來產生 10 到 100 μm 之間的微氣泡。 攪拌電極板可以提高產生效率。

4. Static mixer generator（靜態混合）
可產生大容量微氣的方法，它利用快速流體流動撞擊設備內靜態的特別形狀部件的來產生微氣泡。缺點是氣泡尺寸分佈不一全看當時的環境情況。

5. Venturi generator（文丘里）
這種現象以其發現者義大利物理學家文丘里(1746–1822年)命名。這種效應是指在高速流動的氣體附近會產生壓強減少，從而產生吸附作用，一般業界所說的二流體便多以此種方法為基礎。

6. Capillary generator（毛細管）
利用具有微小孔特性的特別燒結材料在水流中產生足夠數量的微氣泡，再利用水體流動的力量在發生器表面剪切氣泡。這種類型的發生器非常節能，只需要空氣和適度的大量液體流量即可產生微泡但氣泡大小分佈很難控制。 適用的材料表面其結構複雜而且由於表面孔隙非常微小，使用傳統的水族箱氣石不會產生相同的效果。

7. Rotational generator（旋轉軸切力）
利用兩個極接近的旋轉圓柱體之間的剪切力產生微泡。設備簡單易維護，但氣泡量被動於環境的氣液比。

8. Ultrasound microbubble generator（超音波）
輸送到溶液中的高強度超聲迅速引起液體中溶解氣體的空化和成核。 這種氣體以微泡的形式進入溶液。 如果允許繼續成核，微泡可以生長到發生快速浮選的程度效果便是溶液脫氣。 這種類型的發生器已被研究用於醫療材料的開發。

9. Vapor condensation generator（蒸汽冷凝）
這種奇特的產生機制使用通過噴嘴將蒸汽和氮氣引導到冷水中。 效果是 20-40 μm 範圍內的氮微氣泡，多用在食品加工業。