Giới thiệu về công nghệ tạo vi bọt khí nano/vi bọt khí

Vi bọt khí cấp nano (gọi tắt vi bọt nano) là những bong bóng khí cực nhỏ có một số đặc tính vật lý độc đáo khiến chúng rất khác với bong bóng bình thường. Những đặc tính này làm cho các vi bọt nano trở thành một phương pháp sục khí ưu việt cho một số ứng dụng trên khắp thế giới.

Độ nổi 

Vi bọt nano dạng bong bóng có đường kính trung bình điển hình khoảng 80nm dựa trên quá trình thử nghiệm rộng rãi thông qua các phòng thí nghiệm độc lập sử dụng phần mềm Phân tích Theo dõi Hạt Nano NanoSight. Các bong bóng có kích thước này không đủ sức nổi để vươn lên bề mặt và thay vào đó sẽ theo chuyển động Brown. Hiệu quả thực sự là các hạt nano sẽ lơ lửng trong nước trong thời gian dài, có khi đến nhiều tháng cho đến khi chúng tan ra, di chuyển ngẫu nhiên khắp vùng nước và làm thoáng toàn bộ cột nước một cách hiệu quả. Sau đó, lượng oxy hòa tan (DO) được đo tại các phần sâu nhất của bể hoặc ao sẽ khớp với DO được ghi gần bề mặt. Khả năng độc đáo này cho phép các vi bọt nano cung cấp sự phân phối oxy đồng nhất trong toàn bộ khối nước.

Tất cả các vi bọt dạng bong bóng đều sở hữu điện tích bề mặt một cách tự nhiên. Bong bóng càng nhỏ, điện tích bề mặt càng mạnh. Vi bọt nano có thế zeta cao, là thế năng điện động trong sự phân tán dạng keo. Thông qua thử nghiệm được thực hiện với zeta-sizers, người ta đã chỉ ra rằng điện tích âm mạnh của các vi bọt nano làm hạn chế sự kết hợp của chúng, có nghĩa là tính toàn vẹn của bong bóng được bảo toàn ở bất kỳ độ sâu nào trong thời gian dài. Ngoài ra, điện tích âm kết hợp với nồng độ cao của chúng cải thiện hiệu quả phân tách trong quá trình tuyển nổi bằng cách tăng xác suất va chạm. Tính chất độc đáo này cho phép nước thải, dầu khí và các nhà khai thác mỏ trôi nổi nhiều chất lơ lửng hơn so với các phương pháp thông thường.

Lưu trữ khí

Độ nổi trung tính và điện tích bề mặt âm của các vi bọt bong bóng nano cho phép chúng duy trì trạng thái lơ lửng trong thời gian dài, có khi nhiều tháng tại một thời điểm. Điều này xảy ra ngay cả sau khi dung dịch đạt đến độ bão hòa oxy. Với khả năng này, các hạt nano hoạt động như một nguồn dự trữ khí. Khi oxy được tiêu thụ từ nước bằng sinh học, hóa học hoặc quá trình thoát khí, các hạt nano nhanh chóng khuếch tán nhiều oxy hơn vào nước, duy trì nồng độ oxy hòa tan cao cho đến khi các viên nano cạn kiệt. Dự trữ khí bổ sung này, ước tính lên đến 20% so với điểm bão hòa, cho phép sử dụng khí hiệu quả hơn bao giờ hết.

Diện tích bề mặt

Các vi bọt nano có diện tích bề mặt gấp 400 lần diện tích bề mặt của một viên bi nhỏ điển hình, được đo ở đường kính 40 micromet. Diện tích bề mặt lớn hơn cho phép tăng cường truyền khối, đảm bảo hầu như bất kỳ khí nào cũng được phân phối hiệu quả vào nước.

Hiệu quả truyền Oxy

Yêu cầu quan trọng của bất kỳ ứng dụng sục khí nào là truyền oxy hiệu quả vào vùng nước. Các hệ thống sục khí thông thường chỉ truyền từ 1% đến 3% lượng oxy trên mỗi foot nước do kích thước và tốc độ tăng nhanh tương ứng của chúng. Điều này làm cho sục khí thông thường không hiệu quả cao. Kết quả là, sục khí được ước tính tiêu thụ từ 1 đến 2% năng lượng, hầu như tất cả đều hướng tới việc xử lý nước thải. Công nghệ vi bọt khí nano tận dụng các đặc tính độc đáo của các vi bọt nano và mang lại hiệu quả truyền oxy (OTE) hàng đầu trong ngành trên 85% trên mỗi foot nước. Tuổi thọ của các vi bọt nano trong nước, cùng với diện tích bề mặt trên mỗi thể tích cao, khiến chúng trở thành phương pháp sục khí hiệu quả nhất trên thị trường hiện nay và cho phép người vận hành giảm đáng kể chi phí vận hành.

Quá trình oxy hóa

Điện thế Zeta là một chỉ số quan trọng của sự ổn định của sự phân tán keo. Thế zeta càng cao thì hoạt động của hạt keo càng ổn định. Vi bọt nano có zeta thế năng cao, có nghĩa là sự tương tác của chúng với các hạt keo xung quanh là ổn định so với các bong bóng lớn hơn. Điện thế zeta cao hơn cũng gây ra các ion dư thừa được hình thành và tạo ra các gốc tự do. Gốc tự do là những nguyên tử có số lẻ electron có thể được hình thành khi oxy tương tác với một số phân tử nhất định. Các gốc tự do rất quan trọng đối với các quá trình như đốt cháy, hóa học khí quyển, trùng hợp, hóa học huyết tương, hóa sinh và các phản ứng hóa học khác.

Kích thước vi bọt khí nano

Ví bọt khí nano là bong bóng nhỏ nhất từng được biết đến, nhỏ hơn 500 lần so với microbubble hoặc tương đương với kích thước của virus. Ở quy mô này, nhiều vi bọt nano hơn có thể chứa trong cùng một thể tích nước so với các vi bọt khác. Chúng cũng có một số đặc điểm độc đáo liên quan trực tiếp đến kích thước thu nhỏ của chúng bao gồm sức nổi trung tính, điện tích mạnh và hiệu suất truyền tải cao. Các bong bóng lớn hơn không có những đặc điểm này, làm cho chúng ít có lợi hơn trong một số ứng dụng khi so sánh với các vi bọt nano.