[发明专利]一种微纳米气泡内部压力计算方法

说明书

本发明属于微纳气泡性质测量领域，涉及到一种微纳米气泡内部压力计算方法。该方法用于准确估算微纳米气泡的内部压强。其应用Zeta电位仪测量微纳米气泡的平均Zeta电位，Nano‑Sight NS300得到微纳米气泡的平均粒径，通过方程计算出气泡表面的电荷密度，利用表面电荷密度与表面张力系数之间的关系，计算表面张力系数，代入拉普拉斯方程计算气泡内部压力。该方法打破了传统的拉普拉斯方程方法的计算局限，避免了其计算过程中忽略气泡表面电荷所带来的误差，弥补了单独依靠拉普拉斯方程方法在计算微纳米气泡内部压力的不足，提供了更完善的微纳米气泡内部压力计算方法。

技术领域

本发明属于微纳气泡性质测量领域，涉及到一种结合Zeta与拉普拉斯方程计算微纳米气泡内部压力的方法。

背景技术

微纳米气泡是一种粒径极小，且具有常规气泡不具备的物理与化学性质。由于其具有极小的粒径，微纳米气泡拥有着比表面积大、上升速度慢、表面带电、气体溶解率高的特性。因为微纳米气泡拥有这些特性，所以它被广泛的应用在各个领域：在农作物栽培方面，使用富含氧微纳米气泡的水灌溉，可以增加水中溶解氧，从而促进植物根部生长发育；在污水处理方面，富含微纳米气泡的水可以促进微生物的生物活性，并且微纳米气泡本身的表面带电、富含强氧化性的自由基等特性，可以有效的加速有机污染物的分解；在果蔬清洗方面，臭氧微纳米气泡可以有效的在维持株型和原质的情况下，进行除菌。微纳米气泡的存活寿命是其应用的关键参数，也是当前微纳米气泡研究的热点问题，对于其寿命的研究离不开对其内部压力的研究。

目前，还没有用来直接测量微纳米气泡的内部压强的有效手段，大多数研究者都是根据现有的拉普拉斯方程来估算气泡内部的压强。而根据经典拉普拉斯方程，粒径为200nm的气泡，内部压强可达1.56MPa，这种算法直接忽略了气泡表面存在的电荷，进而忽略了表面电荷对气泡内部压力的作用，导致计算结果的不准确，无法为微纳米气泡的长寿命作出机理性的解释。因此，只有考虑将微纳米气泡内部压力的计算与纳米气泡本身的表面电荷相结合，才能更加准确的得到微纳米气泡内部压强，这对微纳米气泡的应用领域、相关机理解释都有较大意义。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术中存在的问题，开发结合Zeta电位与拉普拉斯计算微纳米气泡内部压力的方法，用于准确估算微纳米气泡的内部压强。其应用Zeta电位仪测量微纳米气泡的平均Zeta电位，Nano-Sight NS300得到微纳米气泡的平均粒径，通过方程计算出气泡表面的电荷密度，利用表面电荷密度与表面张力系数之间的关系，可以计算出对应的表面张力系数，代入拉普拉斯方程计算气泡内部压力。该方法打破了传统的拉普拉斯方程方法的计算局限，避免了其计算过程中忽略气泡表面电荷所带来的误差，弥补了单独依靠拉普拉斯方程方法在计算微纳米气泡内部压力的不足，提供了更完善的微纳米气泡内部压力计算方法。

本发明的技术方案是：

一种微纳米气泡内部压力计算方法，该方法Zeta电位仪获取微纳米气泡的平均Zeta电位，Nano-Sight NS300得到微纳米气泡的平均粒径，再计算气泡表面电荷密度大小，通过表面电荷密度查询表面张力系数，代入拉普拉斯方程准确求解微纳米气泡的内部压力。

具体步骤如下：

第一步：获取微纳米气泡Zeta电位及粒径；

使用注射器将含有微纳米气泡的溶液注入马尔文电泳池内，确保注入过程无巨型气泡产生，将电解池放入Zeta电位仪的电位槽中，选择合适的参数测量微纳米气泡的Zeta电位；使用注射器将含有微纳米气泡的溶液注入Nano-Sight NS300样品池，测量得到微纳米气泡的平均粒径；

第二步：计算气泡表面电荷密度；

将上一步测量得到的Zeta电位、粒径代入经过德拜-休克尔修正的Grahame方程，计算气泡表面电荷密度：