SPG微納氣泡發生技術 返回列表頁

一、關于SPG氣泡

“SPG氣泡"是一種將壓力氣體從SPG膜的微孔中分散出來的方法；一般來說，液體中非常小的氣泡稱為“細氣泡"，尺寸為1-100μm的氣泡稱為“微米氣泡"，小于1μm的氣泡稱為“納米氣泡"。

SPG氣泡的特點是通過改變SPG膜的孔徑來改變氣泡的大小，也適合于從微氣泡中產生更大的毫米級氣泡；此外，SPG氣泡是一種“非常靜態的生成方法"，不需要強烈的液體流動或液體本身的加壓，它可以在不破壞液體中的微生物和大分子的情況下提供細小的氣泡，或利用氣泡懸浮的原理。

二、SPG氣泡壓力

SPG膜的氣泡壓力隨孔徑的變化而變化很大，孔徑越小，產生氣泡的壓力越高，其壓力與SPG膜孔中液體被擠出的“氣泡點"壓力相等，可以計算出來。

PB= 2 γ ●cos θ / R

PB：泡點壓力；                

γ：氣相和液相之間的表面張力

θ：膜表面與液相之間的接觸角。  

R：SPG孔隙半徑

下面的表格和圖表計算了空氣在水中冒泡時的壓力。(γ= 72.75mN/m、θ=30°)

膜管孔徑（μm）	PB壓力（Mpa）
20	0.013
10	0.025
5	0.050
3	0.084
2	0.126
1	0.252
0.8	0.315
0.5	0.504
0.4	0.630
0.3	0.840
0.2	1.260
0.1	2.520
0.05	5.040

● 由于SPG專用模塊(固定夾具)的存在，我們建議使用SPG膜孔徑為0.3μm以上，同時壓力可以控制在小于1MPa以下；氣泡壓力會隨SPG模塊的規格而發生變化，也會隨SPG孔徑發生變化。

● 壓力的變化大取決于所用液體的表面張力和粘度；表面張力越小，壓力就越低。

● 以上數值為擠壓孔隙中液體所需的壓力，一旦液體被擠出，氣體穿過SPG孔隙，氣泡就會在較低的壓力下產生；一旦微孔中的液體被擠出，就會形成細小的氣泡，從SPG孔隙中連續地產生，然后通過降低壓力進行調整，同時檢查氣泡的狀態。

● SPG氣泡的機理是當SPG表面(包括孔隙內部)被液體浸濕時，由于表面張力的作用，氣體在SPG表面(出口)上形成“氣泡"，與氣體的接觸角增大，因此，如果有排斥液體的物質附著在SPG膜上，表面條件沒有被液體浸濕，就不能獲得理想的性能，會引起大氣泡的產生。

三、SPG膜孔徑與氣泡大小的關系

SPG氣泡的特點是通過改變SPG膜的孔徑來控制氣泡的大小，根據Kukizaki博士的研究，當0.3 wt%的SDS(陰離子表面活性劑)加入水中，有報道稱Dp(氣泡大小)=Dm (SPG膜孔徑)x8.6，然而氣泡是非常不穩定的，據說當氣泡大小為50μm時，小氣泡由于內部壓力而自我收縮，相反大的氣泡會膨脹，因此實際氣泡的大小取決于所使用的液體類型(表面張力)、所使用的氣體類型(易溶解性)、產生環境(膜裝置表面地壓力等)以及在液體中的停留時間。

因此Dp = Dm x N，我們認為有必要根據使用目的和使用方法來確定每一次的關系，氣泡的大小受氣液表面張力的影響很大，如果表面張力越大，氣泡也越大，如果在水中加入降低表面張力的表面活性劑或者酒精，就很容易獲得細小的氣泡。

▲ SPG膜孔徑(Dm)可以控制氣泡直徑(Dp)： Dm large=Dp large, Dm small=Dp small

▲ 氣液表面張力：大=壓力高= Dp大，小=壓力低= Dp小

▲ 泡浮速度：Dp小慢，Dp大快

▲ 氣液接觸面積(氣泡體積相同)：Dp小=大，Dp大=小

▲ 微氣泡和毫米氣泡都是不穩定的，不會保持一定的大小：Dp 50um以下=收縮，Dp 50um以上=膨脹

四、泡沫生成數量

基本上SPG氣泡通過壓力來控制的良好氣泡產生條件，這是因為壓力的下降發生在SPG膜的孔徑內部，所以氣體的流量只能通過壓力來控制；此時氣體的滲透量取決于所使用的液體和氣體，但與SPG膜的有效氣泡面積成正比，如果你加倍使用SPG膜的長度(面積)，產生的氣泡數量也將加倍。

采用SPG膜型: 膜管φ10mm，長度(有效長度)L105mm

*即使增加壓力來增加流量，也只會出現大氣泡，不會產生細氣泡。

五、內壓方式和外壓方式

采用高強度管型10mmSPG膜管。有“內壓"和“外壓"兩種用途，根據SPG膜的固定方法和SPG管道形狀所衍生的強度，實際工作壓力差別很大。

內壓                          外壓

氣體從SPG管的內表面加壓，在外表面產生氣泡， 氣體從SPG管的外表面加壓，在內表面產生氣泡，

其特點是氣泡很容易分散在液體中而液體不流動。 有必要將液體強行輸送到管道的內表面，液體在管內流動。

*1:壓力因使用的模塊而異。

*2:在第2頁的“氣泡壓力"中，根據使用壓力來確定SPG的推薦孔徑。當使用表面張力較低的液體時，可以使用較小的SPG孔徑。