【行恒科技设备助力科研】纳米气泡界面富集OH⁻高效活化臭氧降解有机污染物的机理研究！

中国科学技术大学研究团队在《Chemical Engineering Journal》发表突破性机理研究， 采用扩散双层理论与修正杨-拉普拉斯方程，首次从实验与理论计算角度定量阐明了纳米气泡界面羟基离子（OH⁻）富集驱动臭氧（O₃）活化的核心机制 。该研究证实，纳米气泡界面处的OH⁻浓度可比本体溶液高7个数量级，使羟基自由基（·OH）产率提升120%，为设计高效高级氧化水处理技术提供了全新理论指导。

技术核心：纳米气泡界面独特的物理化学特性

本研究旨在揭示纳米气泡强化臭氧化（NB-O₃）过程中，界面OH⁻富集与O₃传质增强对·OH生成的确切贡献。研究采用上海行恒科技有限公司的LF100型纳米气泡发生器 制备臭氧纳米气泡溶液，并选取阿特拉津（ATZ）作为探针污染物，通过对比传统臭氧化与NB-O₃体系的效能，结合理论模型深入剖析了界面反应机制。

完整的传统O₃与NB-O₃实验系统示意图：

纳米气泡特性与卓越性能

气泡表征与稳定性

产生的臭氧纳米气泡平均尺寸约为200 nm ，而传统气泡约为3 mm。纳米气泡的巨大比表面积、缓慢上升速度（<1 μm s⁻¹）及显著的廷德尔效应，确保了其在溶液中的长期稳定性与高效传质潜力（气泡尺寸对比与廷德尔效应）：

污染物降解效能与自由基产率

在pH=5条件下，NB-O₃系统在12分钟内实现了90%的ATZ去除，速度快于传统O₃系统（20分钟）。更重要的是，NB-O₃系统的**·OH暴露与O₃暴露比值（Rct）达到3.87×10⁻⁹** ，是传统系统（2.00×10⁻⁹）的约2倍，计算的瞬时·OH浓度提升了120%（ATZ降解动力学与Rct分析）：

机理深度阐释：界面OH⁻富集的核心作用

扩散双层理论量化界面OH⁻浓度

研究通过测量纳米气泡溶液的Zeta电位（pH=5时约为-10.0 mV），并应用扩散双层理论 ，首次计算出纳米气泡气-液界面处的OH⁻浓度。结果表明，界面OH⁻浓度高达3.07×10⁻² mol L⁻¹ ，相当于局部pH=12.48，比本体溶液（pH=5）的OH⁻浓度高出约7个数量级（Zeta电位与pH关系及理论计算示意图）：

分子动力学模拟验证

分子动力学模拟直观地展示了OH⁻离子在气-水界面处的显著富集，而非均匀分散在本体溶液中，从原子层面证实了理论计算结果（模拟体系与离子密度分布）：

宽pH范围内的持续作用

尽管本体溶液pH变化（3-7），但纳米气泡界面因OH⁻的优先吸附始终保持高反应性，使得NB-O₃系统的Rct在宽pH范围内始终高于传统系统（不同pH下的Rct对比）：

物理传质途径的贡献：修正杨-拉普拉斯方程

根据修正的杨-拉普拉斯方程 ，直径200 nm的纳米气泡内部压力可达约7 atm。高压环境提升了界面处O₃的浓度，从而增强了O₃的传质驱动力。然而，定量分析表明，这种物理传质增强对·OH浓度提升的贡献约占14%，化学活化（界面OH⁻驱动）是主导机制（压力与气泡尺寸关系及O₂溶解度对比）：