SPG微纳气泡发生技术

一、关于SPG气泡

“SPG气泡”是一种将压力气体从SPG膜的微孔中分散出来的方法；一般来说，液体中非常小的气泡称为“细气泡”，尺寸为1-100μm的气泡称为“微米气泡”，小于1μm的气泡称为“纳米气泡”。

SPG气泡的特点是通过改变SPG膜的孔径来改变气泡的大小，也适合于从微气泡中产生更大的毫米级气泡；此外，SPG气泡是一种“非常静态的生成方法”，不需要强烈的液体流动或液体本身的加压，它可以在不破坏液体中的微生物和大分子的情况下提供细小的气泡，或利用气泡悬浮的原理。

二、SPG气泡压力

SPG膜的气泡压力随孔径的变化而变化很大，孔径越小，产生气泡的压力越高，其压力与SPG膜孔中液体被挤出的“气泡点”压力相等，可以计算出来。

PB= 2 γ ●cos θ / R

PB：泡点压力；                 

γ：气相和液相之间的表面张力

θ：膜表面与液相之间的接触角。  

R：SPG孔隙半径

下面的表格和图表计算了空气在水中冒泡时的压力。(γ= 72.75mN/m、θ=30°)

● 由于SPG专用模块(固定夹具)的存在，我们建议使用SPG膜孔径为0.3μm以上，同时压力可以控制在小于1MPa以下；气泡压力会随SPG模块的规格而发生变化，也会随SPG孔径发生变化。

● 压力的变化大取决于所用液体的表面张力和粘度；表面张力越小，压力就越低。

● 以上数值为挤压孔隙中液体所需的压力，一旦液体被挤出，气体穿过SPG孔隙，气泡就会在较低的压力下产生；一旦微孔中的液体被挤出，就会形成细小的气泡，从SPG孔隙中连续地产生，然后通过降低压力进行调整，同时检查气泡的状态。

● SPG气泡的机理是当SPG表面(包括孔隙内部)被液体浸湿时，由于表面张力的作用，气体在SPG表面(出口)上形成“气泡”，与气体的接触角增大，因此，如果有排斥液体的物质附着在SPG膜上，表面条件没有被液体浸湿，就不能获得理想的性能，会引起大气泡的产生。

三、SPG膜孔径与气泡大小的关系

SPG气泡的特点是通过改变SPG膜的孔径来控制气泡的大小，根据Kukizaki博士的研究，当0.3 wt%的SDS(阴离子表面活性剂)加入水中，有报道称Dp(气泡大小)=Dm (SPG膜孔径)x8.6，然而气泡是非常不稳定的，据说当气泡大小为50μm时，小气泡由于内部压力而自我收缩，相反大的气泡会膨胀，因此实际气泡的大小取决于所使用的液体类型(表面张力)、所使用的气体类型(易溶解性)、产生环境(膜装置表面地压力等)以及在液体中的停留时间。

因此Dp = Dm x N，我们认为有必要根据使用目的和使用方法来确定每一次的关系，气泡的大小受气液表面张力的影响很大，如果表面张力越大，气泡也越大，如果在水中加入降低表面张力的表面活性剂或者酒精，就很容易获得细小的气泡。

▲ SPG膜孔径(Dm)可以控制气泡直径(Dp)： Dm large=Dp large, Dm small=Dp small

▲ 气液表面张力：大=压力高= Dp大，小=压力低= Dp小

▲ 泡浮速度：Dp小慢，Dp大快

▲ 气液接触面积(气泡体积相同)：Dp小=大，Dp大=小

▲ 微气泡和毫米气泡都是不稳定的，不会保持一定的大小：Dp 50um以下=收缩，Dp 50um以上=膨胀

四、泡沫生成数量

基本上SPG气泡通过压力来控制最佳的良好气泡产生条件，这是因为压力的下降发生在SPG膜的孔径内部，所以气体的流量只能通过压力来控制；此时气体的渗透量取决于所使用的液体和气体，但与SPG膜的有效气泡面积成正比，如果你加倍使用SPG膜的长度(面积)，产生的气泡数量也将加倍。

采用SPG膜型: 膜管φ10mm，长度(有效长度)L105mm

*即使增加压力来增加流量，也只会出现大气泡，不会产生细气泡。

五、内压方式和外压方式

采用高强度管型10mmSPG膜管。有“内压”和“外压”两种用途，根据SPG膜的固定方法和SPG管道形状所衍生的强度，实际工作压力差别很大。

 内压                          外压

气体从SPG管的内表面加压，在外表面产生气泡， 气体从SPG管的外表面加压，在内表面产生气泡，

其特点是气泡很容易分散在液体中而液体不流动。 有必要将液体强行输送到管道的内表面，液体在管内流动。

*1:最大压力因使用的模块而异。

*2:在第2页的“气泡压力”中，根据使用压力来确定SPG的推荐孔径。当使用表面张力较低的液体时，可以使用较小的SPG孔径。