การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีฟองไมโคร-นาโนในการควบคุมมลพิษทางสิ่งแวดล้อม

เนื่องมาจากข้อดีบางประการ เช่น ความสามารถในการออกซิไดซ์สูง ประสิทธิภาพการถ่ายเทมวลสูง อัตราการใช้รีเอเจนต์สูง ระบบที่เรียบง่ายสำหรับการบำบัดมลพิษ เทคโนโลยีไมโคร-นาโนบับเบิล (MNBT) จึงได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และประสบความสำเร็จในการนำไปใช้ในการควบคุมมลพิษทางสิ่งแวดล้อม ปัจจุบัน การประยุกต์ใช้ในสาขานี้ส่วนใหญ่อยู่ในด้านการฟอกน้ำผิวดิน การบำบัดน้ำเสีย การฟื้นฟูดินและน้ำใต้ดิน และการบำบัดตะกอน ซึ่งได้มีการทบทวนแล้ว การศึกษาเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่วิธีการสร้าง MNB (MNBG) พารามิเตอร์ของการบำบัดมลพิษและการปรับปรุงผลกระทบ เทคนิคการเชื่อมโยงของเทคโนโลยีนี้และเทคโนโลยีออกซิเดชันขั้นสูงอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เพื่อส่งเสริมการประยุกต์ใช้กับกระบวนการควบคุมมลพิษทางสิ่งแวดล้อมจริง โดยเฉพาะในระดับอุตสาหกรรม จำเป็นต้องดำเนินการดังต่อไปนี้: กลไกการตอบสนองแบบโคเวอร์เรียนท์ของคุณภาพน้ำ – พารามิเตอร์การเติมอากาศไมโคร-นาโน – ลักษณะของฟองอากาศ การปรับปรุงกระบวนการทำงานร่วมกันเพิ่มเติมด้วยวิธีการออกซิเดชันขั้นสูงอื่นๆ การพัฒนาอุปกรณ์ MNBG ที่มีการใช้พลังงานน้อยลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น หลังจากการอภิปรายและวิเคราะห์แล้ว งานนี้ชี้ให้เห็นต่อไปว่า การทำให้ก๊าซไอเสียบริสุทธิ์ เช่น สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOC) และก๊าซไอเสียเป็นแนวทางการวิจัยอย่างหนึ่งที่ควรสำรวจในการประยุกต์ใช้ MNBT ในอนาคต

ฟองอากาศขนาดเล็ก (Microbubbles: MBs) และฟองอากาศขนาดเล็ก (Nanobubbles: NBs) เป็นฟองอากาศขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10–50 μm และน้อยกว่า 200 nm ตามลำดับ [ [1] ] ดังนั้น ฟองอากาศขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่างทั้งสองจึงมักเรียกว่า ฟองอากาศขนาดเล็ก (Micro–NBs: MNBs) นักวิจัยได้ตั้งข้อสังเกตว่า MNBs มีคุณสมบัติเหนือกว่าฟองอากาศทั่วไป 6 ประการดังต่อไปนี้

1.1 พื้นที่ผิวเฉพาะของ MNB มีขนาดใหญ่

สามารถคำนวณได้ว่าพื้นที่ผิว ( S ) ต่อหน่วยปริมาตร ( V ) ของฟองอากาศจะแปรผกผันกับรัศมีฟองอากาศ ( r ) โดยใช้สมการต่อไปนี้:

(1)

(2)

(3)

ดังนั้น สำหรับหน่วยปริมาตร พื้นที่ผิวจำเพาะของ MNB ที่มีรัศมี 1 μm จะมากกว่าพื้นที่ผิวจำเพาะของฟองอากาศทั่วไปที่มีรัศมี 1 มม. ถึง 1,000 เท่า [ [2] ]

1.2 เวลาที่ MNB อยู่ในน้ำนานขึ้น

โดยปกติแล้ว ฟองอากาศขนาดใหญ่จะลอยขึ้นและแตกที่ผิวน้ำอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ MB สามารถดำรงอยู่ได้เป็นเวลานานใต้ผิวน้ำ [ [3] ] Turner [ [4] ] ยืนยันเป็นครั้งแรกว่า MB ที่มีรัศมี 30 μm ได้รับการทำให้เสถียรในน้ำและคงอยู่เป็นเวลานาน Ohgaki และคณะ [ [5] ] พบว่า NB ของไนโตรเจน มีเทน หรืออาร์กอนที่มีรัศมี 50 นาโนเมตรมีอายุมากกว่าสองสัปดาห์ นอกจากนี้ ผลการวิจัยของ Takahashi [ [6] ] ยังแสดงให้เห็นว่า NB บางตัวสามารถดำรงอยู่ได้ในน้ำนานหลายเดือน

1.3 MNB สามารถสร้างแรงดันและละลายในน้ำได้

ในความเป็นจริง ย้อนกลับไปในปี 1998 Bredwell และ Worden [ [7] ] เสนอว่าพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และความดันก๊าซภายในที่สูงของ MNB ส่งผลให้ฟองเหล่านี้มีความสามารถในการละลายก๊าซสูง เป็นที่ทราบกันดีว่าความสัมพันธ์ระหว่างความดันก๊าซภายในและรัศมีฟองนั้นแสดงโดยสมการ Young–Laplace

(4)

โดยที่Pคือความดันก๊าซP _lคือความดันของเหลวσคือแรงตึงผิว และrคือรัศมีของฟองอากาศ [ [8] ] อธิบายว่าความดันภายในฟองอากาศเพิ่มขึ้นตามการลดลงของเส้นผ่านศูนย์กลางของฟองอากาศ เมื่อ MNB ลอยขึ้นใต้น้ำ MNB จะหดตัวจนเล็กลงเพื่อเพิ่มความดันก๊าซภายใน ตามกฎของ Henry ปริมาณก๊าซที่ละลายอยู่รอบๆ ฟองอากาศที่หดตัวจะเพิ่มขึ้นตามความดันก๊าซภายในที่เพิ่มขึ้น ในที่สุด ก๊าซใน MNB สามารถละลายในน้ำได้ในระหว่างกระบวนการหดตัว [ [3] ] ซึ่งอาจทำให้ความสามารถในการละลายของก๊าซในน้ำไปถึงสถานะอิ่มตัวเกินไป รูปที่1 [ [9] ] แสดงความแตกต่างในพฤติกรรมระหว่างฟองอากาศทั่วไป MB และ NB