大流量微细气泡水的研究与应用

刘琼富,田建均

摘要：微细气泡水具有与普通气泡不同的特性，如存留时间长、传质效率高、较高的界面ζ电位、比表面积大、自发生成自由基等特点，所以可以将微细气泡应用在各个领域。经过近三十年的研究与应用，日韩等国发现微细气泡在日常生活上有较多的益处，相继推出了美容仪、美容花洒等产品，但由于功能单一，与其它类型产品的协作不高，没有得到广泛推广。将微细气泡水技术与热水器相结合，应用于厨房场景下提高蔬果洗净率、洗涤剂残留清除率等，在洗浴场景下，提高皮肤清洁效果以及洗浴清洁及保湿等。

关键词：微细气泡；微细气泡原理；微细气泡水应用

1引言

通常把直径在0.1µm～50µm的微小气泡称为微细气泡。

对于微细气泡的研究始于19世纪，研究重点是毫米级气泡，一直到20世纪中旬，气泡仍停留在毫米级。一直到20世纪90年代，日本科学家最先研究制作出较大浓度的微细气泡，并且将微细气泡应用于水产养殖方面，提高了水产物的品质。

自发现微细气泡的近30年来，微纳气泡由于其在实验和实践中展现出许多新颖奇异的特性，如存在时间长、传质效率高、较高的界面ζ电位、比表面积大、自发生成自由基等特点，所以在我国污水治理、农业生产、水产养殖、工业清洗、医学成像以及医疗保健等领域发展势头迅猛。

但我觉得微细气泡的应用应更多关注普通用户，将微细气泡水应用在厨房及沐浴场景下。发挥微细气泡的特性，可以将微细气泡水应用在清洁水果蔬菜，清洁沐浴上。由于属于纯物理的清洁效果，不会有副作用，非常适合应用推广。

根据用户调研以及市场分析，特别是新冠病毒疫情的突然爆发，用户对于健康水的需求更加强烈，我们加快了健康水方向的研究、技术储备及技术开发，综合了市场上较多的健康水技术方案，结合用户的使用场景以及燃气热水器的特点，我们确定了微纳米气泡水技术在燃气热水器上的研究和应用。

2 微细气泡水技术原理、特性及生成方法

微纳米气泡水技术主要应用空气可以溶解于水中，溶解了空气的混合水在经过专用的释放器后，将空气重新释放出来，从而产生微纳米气泡。

2.1产生微细气泡的技术原理

2.1.1气体溶解于水中的理论

气体的溶解方式有间隙填充和水合作用两种。其中间隙填充作用可描述为：水分子之间存在一定的间隙，气体分子可以填充于这些间隙中；水合作用即气体分子与水分子之间的相互作用；气体溶解于水中是两种作用都存在。溶解了空气的水称为饱和溶气水。如图1所示

图1  (a)间隙填充    (b)水合作用    (c)共同作用

2.1.2释放产生微纳米气泡水的理论

空气溶解水中形成的饱和溶气水中的溶解态气体分子析出并聚集形成游离态的气核，该过程中，随着压力的降低，饱和溶气水自身的势能减小，填充水分子中的气体分子由于分子间的压力的释放，斥力大于外界压力将逃逸出来，临近的气体分子再进行聚集形成气核，游离态的气核膨胀成长为微纳米气泡。过程如图2所示。

图2　 (a)初始状态    (b)生成气核    (c)气核膨胀

2.2 微细气泡水特性

微纳米气泡由于尺寸小，能表现出有别于普通气泡的一些特性，如存在时间长、传质效率高、较高的界面ζ电位、比表面积大、界面点位高、自发生成自由基等特性。利用微纳米气泡的特性，微纳米气泡水可用于蔬菜、水果的农残留降解，且能灭杀细菌及部分病毒，对祛除一些肉类的抗生素及激素也有一定作用。

2.3微细气泡水的生成方法

目前根据气泡发生机制可将微纳米气泡水发生技术分为：加压溶气法、引气诱导法以及电解析出法等方式。现在一般采用的加压溶气法需要配隔膜增压泵进行增压，致使系统体积较大，并且成本高，性价比低，系统运行及控制较复杂，运行噪音及震动较大，不利于应用在小型设备上。最终我们的大流量微细气泡水技术采用水压溶解及终端释放微气泡水技术。该技术系统包含高压溶解空气水装置，气泵供气装置以及微气泡释放装置，在从而产生微纳米气泡水，最终实现大流量可沐浴的微纳米气泡水。

3 微细气泡水的应用

3.1浴室场景应用

3.1.1清洁能力

微细气泡技术应用广泛，在浴室场景下最重要的功能是微细气泡水的清洁能力。微纳米气泡的直径一般为50μm以下。而人体毛孔普遍的直径为80μm～150μm。这个时候微气泡的强大作用就显现出来了，凭借小于50μm的娇小身材，微气泡可以非常轻松地进入水分子团无法进入的缝隙内，深层清洁肌肤底层的污垢以及美容、美发残留在毛孔中的化学物质，还能对脂肪油脂进行分解清除，大大提升了沐浴水的清洁能力。

3.1.2保湿效果

微细气泡能够透过毛孔进入人体肌肤底层后，气泡破裂会增加细胞的含水量，在肌肤表层形成水体保护层，使水分不易挥发，避免空气中的尘埃进入，保持肌肤水嫩润滑。而普通气泡水气泡直径大于200µm，无法进入皮肤间隙中。

3.1.3愉悦皮肤

破裂产生的负氧离子可以在一定程度上改善皮脂层的神经功能，破灭时出现的高温高压则给予体肤温热感受，愉悦皮肤，抗氧化功能。一定程度上促进细胞新生，激活免疫细胞，从里到外全面延缓肌肤衰老。且产的生负离子可以中和臭味气体、消除异味，给肌肤带来清新健康。

3.2厨房场景应用

3.2.1杀菌

微气泡杀菌方法与普通杀菌技术有着独特的区别，它的杀菌过程可分为吸引和杀灭两个过程。绝大部分的细菌都是带正电荷的，而微细气泡带富集的负电荷，可以迅速附着在细菌壁上。随着气泡的缩小压坏破裂，破裂所产生的超高温高压，以及产生的强氧化分解能量的自由基，具有良好的灭杀细菌的作用。将气泡附近的细菌及病毒杀灭的过程是一个完全的物理杀灭过程，与常规的消毒杀菌法有着本质的区别。

3.2.2祛除农药残留、洗涤剂残留

微气泡对于我们的生活其实还有很多有意义的用处，比如用微气泡水来清洗果蔬，可有效去除农药残留。因为在使用微气泡水浸泡清洗蔬果时，微气泡可以深入果蔬表皮与褶皱中，微气泡水表面都带有负电荷，这些带负电荷的微气泡会农药等物质产生相互排斥挤压的状况，能够清洗蔬果表面的农药残留。

洗碗都会用到洗洁精，而大部分洗洁精属于化学合成品。实验表明，微气泡可以起到很好的去污辅助作用，微气泡能有效去除洗涤剂在物品或者皮肤上的残留。

5 总结及展望

微细气泡所展现出来的气泡直径小、停留时间长、比表面积大、传质效率高等特点，使得将微细气泡的特性进行更深层次的研究，并发掘应用于各个领域。目前，微细气泡水技术已经应用于燃气热水器产品上，并已经成功上市，得到用户的一致好评。特别在果蔬清洁，沐浴清洁方面得到用户的赞赏。微细气泡水确实表现出极大的优势，显示较广阔的前景。

参考文献：

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