纳米气泡是氢气医学的最佳技术

纳米气泡是氢气医学的最佳技术

氢水是一种理想的给氢方法，但是氢气难溶于水是制约氢水的最大障碍，庆幸的是，纳米气泡被证明是克服难溶气体溶解的最理想技术，理论上纳米气泡不可能稳定存在，但是事实证明这种气泡不仅能稳定存在，而且由于天生的优点让这种气泡称为氢气溶解的最大神器。不得不说，氢气医学来的时机正好，有纳米气泡相助，氢水不走向辉煌，氢气都不好意思。

氢气医学给纳米气泡提供了理想舞台，纳米气泡给氢气医学提供了理想技术，氢医学纳米气泡是珠联璧合的技术。

一般情况下，气液混合主要通过两种形式实现：一种是液体以液体的形式自动进入气体中，另一种是气体向液体中鼓气。纳米气泡作为一种气体溶解新技术，是氢气医学的最佳最理想技术，这已经受到氢气医学产业和学术界的广泛接受和认可。我们从事医学和健康产业的学者和技术人员，对纳米气泡仍然存在隔行问题，有必要认真学习。相变技术应用范围广泛，如环境、农业、医疗、化工和能源等领域。气／液相变技术通常用于废水和水处理技术、水生态系统恢复、食品加工、水产农业、石化等行业。大多数气液相变过程效率受到多种操作和介质性质的影响。从传质理论角度，首先考虑的优化策略是增加接触表面面积。重要影响因素包括混

合器的设计、柱包裹材料、挡板结构、喷淋方法、注射喷嘴、分布器设计等，次要影响因素包括接触相之间的热传质或反应表面。一、什么是纳米气泡气泡是指液体内充满气体的空穴，产生气泡的基本条件是液体内气泡内压不小于环境压力。气泡表面拥有不同于气泡所在液体性质的成分。表面活性剂对气泡的形成十分重要但并不是必须条件。由于浮力比较大，大气泡一般会迅速上升到表面崩解，直径小于1微米的气泡也就是微纳米气泡因存在目前不了解的机制，能在液体中长时间稳定存在。纳米技术领域，一般习惯把100纳米以下作为纳米颗粒的最大尺度，但是纳米气泡直径一般是大于100纳米，气泡研究领域一般把1000纳米以下作为纳米气泡或微纳米气泡，100微米以下为细小气泡。纳米气泡有两种基本类型，一种是非球形界面纳米气泡，是固定分布在液体和固体界面上的气泡，这种气泡在学术界被研究相对充分，但应用相对少。另一种就是我们比较熟悉的体相纳米气泡，就是悬浮在液体中的球形纳米气泡。本文主要指体相纳米气泡。虽然气泡的研究历史已经超过半个世纪，但是气泡的类型和分类一直存在争议。学术上对气泡分类主要根据气泡性质的不同，最常用的指标是气泡大小、表面特征和气泡寿命。这些特征主要决定于气泡大小，因此许多学者把气泡大小作为唯一分类标准。按照这个标准，气泡被分为大气泡、微米气泡、亚微米气泡或纳米气泡，也有采用更通俗分类为

大气泡、小气泡和超小气泡。虽然学者们对气泡的大小范围具体有不同看法，但大多数同意微气泡直径应该在10－100微米的范围，1-10微米为亚微米气泡，10-1000纳米为纳米气泡。经典理论认为气泡越小表面张力越大，纳米气泡表面张力大造成内压非常高，因此纳米气泡存在性和稳定性一直是有争议的话题。许多学者使用不同技术探测纳米气泡。与大气泡研究一样，学者们没有纠结于纳米气泡的定义。有学者甚至忽视纳米气泡和微米气泡存在被忽视的直径范围，认为直径小于200纳米的气泡为纳米气泡，10微米以上的为微米气泡，对200纳米到10微米之间的气泡不去理会，也有学者把200纳米－10微米气泡定义为微纳米气泡，这说明对超细小气泡的分类缺乏清晰的标准。2012年，吴等定义纳米和亚微米气泡，认为500纳米以下为纳米和亚微米气泡。最近有学者认为直径小于数百纳米的气泡为纳米气泡，这不仅含糊而且存在矛盾。总之，纳米气泡直径的最大尺度存在不同看法，直径小于1微米的气泡因为尺度和特征类似可分类为超细气泡或纳米气泡。气泡分类不仅根据大小，而且根据其特征和在液体中的行为。图1对不同气泡大小的分类进行了汇总。1－10微米气泡其大小和特征都介于微米气泡和纳米气泡之间，被归类到亚微米气泡。虽然学术界对微米气泡的特征有一致看法，但是对气泡的大小范围没有统一标准。图1. 气泡大小和特征TemesgenT, Bui TT, Han M, Kim TI,

Park H. Micro and nanobubble technologies as a newhorizon for water-treatment techniques: A review. Adv Colloid Interface Sci.2017 Aug;246:40-51. doi: 10.1016/j.cis.2017.06.011. Epub 2017 Jun 27.二、纳米气泡特征符合纳米材料规律，纳米气泡也具有比表面积大的特点，这也是纳米气泡作为气液技术应该的重要基础。另外，纳米气泡还具有刚性大，表面有负电荷，浮力小，稳定性极好，长寿命等特点，决定了纳米气泡的特殊用途。纳米气泡内压和稳定性方面，存在理论计算和事实不符的情况，目前并没有明确的结论。气泡表面积和气泡直径呈负相关关系，（表面积A和直径D的数学关系A＝6/D）。因此同样体积的气泡，100纳米直径气泡表面积是10微米直径面积的100倍。理论上气泡形成消耗能量依赖于界面面积，界面面积决定于气泡表面张力。直径小于25微米的小气泡表面刚性强，类似于高压气球，不容易破裂。数毫米直径的大气泡表面比较柔软，很容易变形破裂。大气泡的浮力比较大很容易上升到液面。Stokes公式R =ρgd2/18μ（ρ= 密度，g = 重力加速度，d =气泡直径，μ=粘滞度）可计算气泡上浮速度。气泡上漂浮速度和气泡直径的平方成正比，这种关系只使用于小气泡。直径大于2毫米的大气泡由于外形发生变化，上升速度并不会受直径影响。低于1微米的纳米气泡上升速度非常慢，远低于布朗运动，整体上表现为不上升。除了浮力外，直径小于25-50微米的小气泡有

自动收缩特性。根据Henry定律，溶液中溶解气体的分压与气泡内气体分压一致时，气泡内气体溶解和溶液中气体向气泡内释放达到平衡。小气泡由于表面张力作用内压增加，造成气泡内气体分压超过气泡周围溶解气体分压，气泡内气体超周围静溶解，这会导致气泡进一步缩小，体积缩小导致表面张力效应增强，导致正反馈效应，气泡会迅速崩溃。相反大气泡因为上升周围静水压下降导致内压降低，减压导致气泡体积增大，气泡内气体分压降低，导致溶液中气体向气泡内静释放，这会导致气泡体积增大，表面张力效应降低，气泡内压进一步降低。所以，在某气体饱和溶液中，这种气体的气泡有大者增大，小者缩小的趋势。看来气泡也恰好符合马太效应。这种情况非常符合潜水员减压病发生的过程，潜水员在水下停留一定时间后，体液中气体达到一定饱和度，一旦返回水面速度过快，身体内一些气泡会因为环境压下降而增大，这种趋势过于严重就导致气体阻断血流压迫组织等后果，就是典型的减压病。治疗减压病的原理也很容易，就是把潜水员进行重新加压，加压的结果就是把大气泡变成小气泡，小气泡有变小消失的趋势，解决了气泡就解除了病因。图2. 经典气泡的马太效应纳米气泡也存在比较强的静电场，能避免气泡发生融合，对抗浮力作用。在水平电场中，气泡电荷决定于水平速度v = ζε/μ（v=水平速度，ζ= zeta 电位(V), ε=水的介电常数(s2×C2×kg-1×m-3)，μ=粘滞