納米氣泡對污染物的吸附及其影響因素探究.pdf

1、納米氣泡是人們在研究水中的兩個疏水表面間的疏水長程作用機制時提出的。特別是2000年納米氣泡原子力圖像的發(fā)表以及隨后大量的實驗驗證，固液界面上存在納米氣泡的觀點逐漸被越來越多的人所接受。近年來，界面問題越來越受到人們的廣泛關注，納米氣泡的產(chǎn)生及應用等有關問題也成為人們研究的熱點。經(jīng)典熱力學表明納米氣泡在水中存在時間僅為幾微秒，然而大量實驗表明界面納米氣泡在溶液中可以存在幾天，原子力顯微鏡也直接觀察到了納米氣泡。
　　研究表明，納米

2、氣泡在界面上的穩(wěn)定存在對納米科技、界面科學、流體力學、生物學和其他領域都有廣泛的影響。此外，納米氣泡會引起流體在界面的滑移，減少流動阻力，并與表面粘附、膠體分散、礦石浮選、廢渣處理等方面密切相關。因此，界面納米氣泡具有十分重要的研究應用價值。目前原子力顯微鏡（AFM）是直接探測固液界面納米氣泡的最有力手段。在用AFM對納米氣泡成像時，通常選用表面較為平整的基底。主要有高序熱解石墨（HOPG），云母，金，聚苯乙烯薄膜，以及修飾過的硅。產(chǎn)生

3、納米氣泡的方法有很多，如直接浸漬法，兩種溶劑替換以及快速加熱，電化學法等。其中，醇水替換被廣泛應用并被證明是能高度重復的在不同基底上獲得大量納米氣泡的有效方法。同樣，也能使用其它有機溶劑與水替換來產(chǎn)生納米氣泡。然而，有機溶劑與水的替換存在著一些局限性，例如不能用于生物膜上，溶劑中易引入有機污染物等。
　　為了探究在原子級平整的電極表面能否生成納米氣泡，我們采用了循環(huán)伏安法法，用電化學工作站監(jiān)測電極表面雙電層電容的變化。實驗中我們采

4、用溶液替換法利用雙電層電容與相對介電常數(shù)的關系來推測電極表面的納米氣泡生成與否。實驗結果表明，該方法同樣可以在電極表面生成納米氣泡。我們分別用深度脫氣后的醇水、鹽水在電極表面替換，我們發(fā)現(xiàn)這時候的雙電層電容和裸電極相比幾乎沒有什么變化，也就是說雙電層的介質(zhì)幾乎沒有什么改變，這時在電極表面幾乎沒有納米氣泡生成。我們還探究了鹽溶液的濃度和種類對納米氣泡生成的影響。鹽溶液的濃度越大，鹽溶液與水的濃度差就越大，產(chǎn)生的納米氣泡就越多。這是由于高濃

5、度的鹽溶液所含自由離子較多，成核驅(qū)動力比較大，形成晶胚就會多，可以在電極表面形成更多的成核位點。
　　由于納米氣泡的特殊性質(zhì)，在生活生產(chǎn)中的應用前景也十分廣闊。我們通過模擬重金屬污染和有機物污染兩大類，用交流阻抗法研究了超聲法在電極表面產(chǎn)生的納米氣泡對水中污染物的吸附作用。通過電化學工作站檢測出電極表面超聲后的阻抗比裸電極在污水中的阻抗大，這說明了超聲法產(chǎn)生的納米氣泡能夠增強污染物的吸附。而且隨著超聲時間的增長，納米氣泡會越來越多