Микронанопузырьки озона
Технология озоновых микро/нанопузырьков преодолевает ограничения озона окисления , массопереноса озона и его использования. Повышает эффективность окисления озона. [ 1 ] Технология озоновых микро/нанопузырьков улучшает дезинфицирующую способность озона. [ 2 ]
Озон является сильным окислителем, широко используемым при очистке сточных вод полиграфических и красильных предприятий. [ 3 ] и сточные воды углехимических предприятий. [ 4 ] Его растворимость в воде меньше, а стабильность также плохая, что снижает способность озона разлагаться по отношению к органическим молекулам. [ 5 ] Для повышения эффективности массообмена важной технологией являются озоновые микро/нанопузырьки (МНБ). Для повышения эффективности газожидкостного контакта и массообмена были использованы воздушные микропузырьки. В случае с озоном МНБ улучшает свойства озонирования или окисления. [ 6 ] [ 7 ]
Методы
[ редактировать ]MNB может генерироваться и формироваться двумя путями:
1. Зарождение новой газовой фазы, выходящей из жидкой фазы.
2. Коллапс микропузырьков
Рост и коллапс микропузырьков в растворе можно отличить от кавитации, и в зависимости от способа образования ее можно разделить на четыре типа: [ 8 ] [ 9 ]
Гидродинамическая кавитация
[ редактировать ]Его определяют как изменение геометрии жидкости, приводящее к возникновению испарения и образованию МНБ. Усиление образования гидродинамической кавитации МНБ за счет механического перемешивания, осевого сдвига потока и сужения потока без давления. [ 10 ]
Акустическая кавитация
[ редактировать ]Его могут создавать ультразвуковые волны , что приводит к возникновению локальных изменений давления в жидкости и затем к образованию пузырьков.
Оптическая кавитация
[ редактировать ]В этом методе МНБ создавались с помощью короткоимпульсных лазеров, которые фокусировались в раствор с низким коэффициентом поглощения .
Кавитация частиц
[ редактировать ]Нанопузырьки были получены в результате прохождения воды через фотоны света высокой интенсивности в жидкостях. Для формирования МНБ использовались и другие методы.
электролиз, нанопоровые мембраны, сонохимия с использованием ультразвука и смешивание воды с растворителем. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
Характеристики
[ редактировать ]МНБ — газообразное тело. Микропузырьки имеют размер 10-50 мкм, а нанопузырьки — менее 200 нм. [ 15 ] [ 16 ] МНБ имеют следующие характеристики:
Площадь поверхности
[ редактировать ]МНБ имеют малый диаметр, поэтому их удельная поверхность велика. Это дает большую площадь контакта с жидкостью, что коррелирует с более высокой скоростью реакции. [ 17 ]
Вихревой поток
[ редактировать ]МНБ имеют вихревой поток в воде. В процессе массообмена газ-жидкость они всплывают медленно, а микропузырьки имеют длительное время пребывания в жидкости. Из-за их длительного гистерезиса увеличена площадь контакта газа/жидкости, что улучшает ее окислительную способность. [ 18 ]
Дзета-потенциал
[ редактировать ]Высокий отрицательный дзета-потенциал напрямую связан со стабильностью МНБ, и большинство исследований подтверждают, что это связано с отрицательно заряженным раствором. Причиной этого отрицательного заряда является адсорбция гидроксильных ионов на границе раздела газ-жидкость. Это также позволяет избежать агрегации и объединения МНБ. [ 19 ]
Гидроксильные радикалы
[ редактировать ]Микропузырьки могут прорваться без внешнего раздражителя; этот процесс разрыва производит массу гидроксильных радикалов. Гидроксильный радикал обладает высоким окислительным потенциалом и может окислять органические загрязнители в воде. [ 20 ]
Механизм дезинфекции
[ редактировать ]Озон MNB может реагировать двумя разными способами: прямым и косвенным. Прямой предполагает разложение загрязняющих веществ самим озоном, а непрямой – окисление с образованием гидроксильных радикалов (•ОН). [ 21 ]
Гидроксильные радикалы образуются в результате сжатия микропузырьков; это связано с увеличением величины электродвижущей силы на границе раздела жидкости. Гидроксильный радикал (•OH) и H + быстро накапливаются на границе раздела пузырьков. Озон реагирует с гидроксильными ионами, в результате чего образуются гидроксильные радикалы. Образование гидроксильных радикалов зависит от pH.
Приложения
[ редактировать ]Антимикробный и дезинфекционный процесс
[ редактировать ]Озон МНБ способен деактивировать как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии. Эта активность Озона МНБ не проявляет цитотоксичности для здоровья человека. [ 22 ]
Дезинфекция питьевой воды
[ редактировать ]Озон MNB дает такую же скорость инактивации, как и обычное озонирование для целевого патогена E.coli , но здесь, в случае технологии микропузырьков, доза озона была ниже. [ 23 ] Поскольку более высокий массоперенос приводит к снижению дозировки озона, этот метод озонирования MNB является многообещающим и полезным для существующих водоочистных сооружений. [ 24 ]
Очистка сточных вод предприятий
[ редактировать ]Устранение промышленных загрязнителей является серьезной проблемой, поскольку они сбрасываются в водные объекты. Даже в низких концентрациях они могут оказывать неблагоприятное воздействие на живые организмы и окружающую среду. [ 25 ] [ 26 ] Озоновые MNB обеспечивают лучшее разложение целевых загрязнителей по сравнению с обычным озонированием, а также сводят к минимуму сброс примесей в водные объекты.
Влияние на здоровье рыб
[ редактировать ]Озон чаще всего используется в качестве дезинфицирующего средства в системах аквакультуры для уменьшения количества патогенных бактерий и предотвращения болезней рыб. [ 27 ] Во многих экспериментах наблюдалось, что множественные обработки не выявили каких-либо отклонений ни в поведении, ни в жизнеспособности рыб. [ 28 ] Данная технология обеспечивает защиту выращиваемых видов от болезнетворных инфекций. [ 29 ]
Сельское хозяйство
[ редактировать ]Эта технология мытья свежих овощей была протестирована, и когда кислая электролизованная вода, содержащая сверхтонкие пузырьки озона, и сильное механическое воздействие объединились, было зарегистрировано самое низкое количество жизнеспособных бактерий среди других методов обработки, таких как использование гипохлорита натрия. [ 30 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сериду, Петрула; Калогеракис, Николас (2021). «Дезинфекция микро- и нанопузырьками озона» . Наука об окружающей среде: нано . 8 (12): 3493–3510. дои : 10.1039/D1EN00700A . ISSN 2051-8153 . S2CID 243894415 .
- ^ Сяо, Вэй; Чжан, Хэ; Ван, Сяохуань; Ван, Бяо; Лонг, Тао; Дэн, Ша; Ян, Вэй (07.06.2022). «Механизмы взаимодействия и применение озоновых микро/нанопузырьков и наночастиц: обзор и перспективы» . Наноматериалы . 12 (12): 1958. doi : 10.3390/nano12121958 . ISSN 2079-4991 . ПМЦ 9228162 . ПМИД 35745296 .
- ^ Чен, Сяоя; Ван, Чунронг; Цзян, Лунсинь; Ли, Хайян; Ван, Цзяньбин; Хэ, Сюйвэнь (апрель 2021 г.). «Пилотная каталитическая предварительная обработка озонированием для улучшения биоразлагаемости сточных вод газификации угля с неподвижным слоем». Технологическая безопасность и защита окружающей среды . 148 : 13–19. дои : 10.1016/j.psep.2020.09.056 . ISSN 0957-5820 . S2CID 225023393 .
- ^ Чжан, Юйсю; Занг, Тинтин; Ян, Бо; Вэй, Чаохай (15 января 2020 г.). «Особенности распределения летучих органических соединений и вклад в образование озона на коксохимических очистных сооружениях» . Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 17 (2): 553. doi : 10.3390/ijerph17020553 . ISSN 1660-4601 . ПМК 7013769 . ПМИД 31952237 .
- ^ Хатаи, Алиреза; Рад, Танназ Садеги; Фафиния, Мехрангиз; Джу, Сан У (2016). «Получение наностержней клиноптилолита плазменным методом тлеющего разряда для гетерогенно-каталитического озонирования налидиксовой кислоты». РСК Прогресс . 6 (25): 20858–20866. дои : 10.1039/c5ra25711e . ISSN 2046-2069 .
- ^ Ху, Лиминг; Ся, Жиран (январь 2018 г.). «Применение микронанопузырьков озона для восстановления грунтовых вод» . Журнал опасных материалов . 342 : 446–453. дои : 10.1016/j.jhazmat.2017.08.030 . ПМИД 28863369 .
- ^ Сяо, Чжэнго; Афтаб, Таллал Бин; Ли, Дэнсинь (июнь 2019 г.). «Применение микро-нанопузырьковой технологии в борьбе с загрязнением окружающей среды» . Микро и нано буквы . 14 (7): 782–787. дои : 10.1049/mnl.2018.5710 . ISSN 1750-0443 . S2CID 107878768 .
- ^ Тхи Фан, Кхань Ким; Труонг, Туен; Ван, Юн; Бхандари, Бхеш (январь 2020 г.). «Нанопузыри: фундаментальные характеристики и применение в пищевой промышленности». Тенденции в пищевой науке и технологиях . 95 : 118–130. дои : 10.1016/j.tifs.2019.11.019 . S2CID 213997875 .
- ^ Падилья-Мартинес, Япония; Берроспе-Родригес, К.; Игл, Г.; Рамирес-Сент-Джон, JC; Рамос-Гарсия, Р. (декабрь 2014 г.). «Оптическая кавитация с помощью лазеров непрерывного действия: обзор» . Физика жидкостей . 26 : 122007.doi : (12 ) 10.1063/1.4904718 . ISSN 1070-6631 . S2CID 120255716 .
- ^ Эчепаре, Рамиро; Оливейра, Энрике; Никниг, Марсио; Азеведо, Андре; Рубио, Хорхе (октябрь 2017 г.). «Нанопузырьки: генерация с помощью многофазного насоса, свойства и особенности флотации». Минеральное машиностроение . 112 : 19–26. дои : 10.1016/j.mineng.2017.06.020 .
- ^ Кикучи, Кенджи; Иока, Аой; Оку, Такео; Танака, Ёсинори; Саихара, Ясухиро; Огуми, Земпачи (январь 2009 г.). «Определение концентрации кислородных нанопузырьков в электролизованной воде». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 329 (2): 306–309. дои : 10.1016/jcis.2008.10.009 . ПМИД 18977493 .
- ^ Ахмед, Ахмед Халед Абделла; Сунь, Цуйчжэнь; Хуа, Ликунь; Чжан, Жибин; Чжан, Яньхао; Чжан, Вэнь; Мархаба, Таха (июль 2018 г.). «Генерация нанопузырьков с помощью керамических мембранных фильтров: зависимость размера пузырьков и дзета-потенциала от покрытия поверхности, размера пор и давления впрыскиваемого газа». Хемосфера . 203 : 327–335. doi : 10.1016/j.chemSphere.2018.03.157 . ISSN 0045-6535 . ПМИД 29626810 . S2CID 5047102 .
- ^ Бу, Сяннин; Альхешибри, Муид (август 2021 г.). «Влияние ультразвука на объёмные и поверхностные нанопузыри: обзор текущего состояния» . Ультразвуковая сонохимия . 76 : 105629. doi : 10.1016/j.ultsonch.2021.105629 . ПМЦ 8220399 . ПМИД 34147917 .
- ^ Джадхав, Ананда Дж.; Баригу, Мостафа (2020). «Доказательство и интерпретация спонтанного образования объемных нанопузырьков в водных растворах органических растворителей: влияние типа и содержания растворителя» . Мягкая материя . 16 (18): 4502–4511. дои : 10.1039/d0sm00111b . ISSN 1744-683X . ПМИД 32342965 . S2CID 216596130 .
- ^ Райт, Александр; Марш, Адам; Риччиотти, Федерика; Шоу, Алекс; Иза, Фелипе; Холдич, Ричард; Бандуласена, Хемака (ноябрь 2018 г.). «Предварительная обработка микрокристаллической целлюлозы диэлектрическим барьерным разрядом с усилением микропузырьками» . Биомасса и биоэнергетика . 118 : 46–54. дои : 10.1016/j.biombioe.2018.08.005 . ISSN 0961-9534 . ПМК 6473562 . ПМИД 31007419 .
- ^ Дуань, Лей; Ян, Ли; Джин, Хуан; Ян, Фанг; Лю, Донг; Ху, Кэ; Ван, Циньсинь; Юэ, Юаньбинь; Гу, Нин (2020). «Ультразвук с использованием микро/нанопузырьков для усиления эффекта ЭПР и потенциальных тераностических применений» . Тераностика . 10 (2): 462–483. дои : 10.7150/thno.37593 . ISSN 1838-7640 . ПМК 6929974 . ПМИД 31903132 .
- ^ Ли, Хэнчжэнь; Ху, Лиминг; Ся, Жиран (23 августа 2013 г.). «Влияние солености подземных вод на биоремедиацию, усиленную микронанопузырьками» . Материалы . 6 (9): 3676–3687. дои : 10.3390/ma6093676 . ISSN 1996-1944 гг . ПМЦ 5452646 . ПМИД 28788299 .
- ^ Такахаши, Масаеши; Кавамура, Таро; Ямамото, Ёситака; Онари, Хирофуми; Химуро, Сёдзо; Сякуцуи, Хидеаки (12 февраля 2003 г.). «Влияние сжимающихся микропузырьков на образование газовых гидратов». Журнал физической химии Б. 107 (10): 2171–2173. дои : 10.1021/jp022210z . ISSN 1520-6106 .
- ^ Чжан, Хунгуан; Го, Чжэньцзян; Чжан, Сяньжэнь (2020). «Поверхностное обогащение ионов приводит к стабильности объемных нанопузырьков» . Мягкая материя . 16 (23): 5470–5477. дои : 10.1039/D0SM00116C . ISSN 1744-683X . ПМИД 32484196 . S2CID 218946728 .
- ^ Калгарото, С.; Уилберг, КК; Рубио, Дж. (июнь 2014 г.). «О межфазных свойствах нанопузырьков и их будущем применении во флотации». Минеральное машиностроение . 60 : 33–40. дои : 10.1016/j.mineng.2014.02.002 .
- ^ Томиясу, Хироши; Фукутоми, Хироши; Гордон, Гилберт (сентябрь 1985 г.). «Кинетика и механизм разложения озона в щелочном водном растворе» . Неорганическая химия . 24 (19): 2962–2966. дои : 10.1021/ic00213a018 . ISSN 0020-1669 .
- ^ Хаузер-Герспах, Ирмгард; Вадасзан, Ясминка; Деронич, Ирма; Гасс, Катиана; Мейер, Юрг; Дард, Мишель; Валтимо, Туомас; Штюбингер, Стефан; Маут, Коринна (13 августа 2011 г.). «Влияние газообразного озона на периимплантит: бактерицидная эффективность и клеточный ответ. Исследование in vitro с использованием титана и циркония». Клинические оральные исследования . 16 (4): 1049–1059. дои : 10.1007/s00784-011-0603-2 . ISSN 1432-6981 . ПМИД 21842144 . S2CID 10747305 .
- ^ Сумикура, М.; Хидака, М.; Мураками, Х.; Нобутомо, Ю.; Мураками, Т. (1 сентября 2007 г.). «Метод озоновой микропузырьковой дезинфекции системы повторного использования сточных вод» . Водные науки и технологии . 56 (5): 53–61. дои : 10.2166/wst.2007.556 . ISSN 0273-1223 . ПМИД 17881837 .
- ^ Батагода, Джанита Хева; Хьюадж, Шайни Дайльша Алутган; Мигода, Джей Н. (01.06.2019). «Наноозоновые пузырьки для очистки питьевой воды» . Журнал экологической инженерии и науки . 14 (2): 57–66. дои : 10.1680/jenes.18.00015 . ISSN 1496-2551 . S2CID 91381617 .
- ^ Хубер, Марк М.; Гёбель, Анке; Джосс, Адриано; Германн, Надин; Лёффлер, Дирк; МакАрделл, Криста С.; Рид, Ахим; Зигрист, Хансруди; Тернес, Томас А.; фон Гунтен, Урс (1 июня 2005 г.). «Окисление фармацевтических препаратов при озонировании городских сточных вод: пилотное исследование» . Экологические науки и технологии . 39 (11): 4290–4299. дои : 10.1021/es048396s . ISSN 0013-936X . ПМИД 15984812 .
- ^ Тернес, Томас А; Штюбер, Жаннетт; Херрманн, Надин; Макдауэлл, Дерек; Рид, Ахим; Кампманн, Мартин; Тайзер, Бернхард (апрель 2003 г.). «Озонирование: средство для удаления фармацевтических препаратов, контрастных веществ и мускусных ароматов из сточных вод?». Исследования воды . 37 (8): 1976–1982. дои : 10.1016/S0043-1354(02)00570-5 . ПМИД 12697241 .
- ^ Курита, Ёсихиса; Тиба, Икуо; Кидзима, Акихиро (декабрь 2017 г.). «Физическое уничтожение мелких планктонных ракообразных из аквакультурных резервуаров кавитационной обработкой». Международная Аквакультура . 25 (6): 2127–2133. дои : 10.1007/s10499-017-0179-1 . ISSN 0967-6120 . S2CID 207089148 .
- ^ Тхань Дьен, Ле; Линь, Нгуен Ву; Сангпо, Паттия; Сенапин, Саенгчан; Сент-Илер, Софи; Родкхум, Чаннаронг; Донг, Ха Тхань (сентябрь 2021 г.). «Обработка нанопузырьками озона улучшает выживаемость нильской тилапии (Oreochromis niloticus), зараженной патогенной множественной лекарственно-устойчивой Aeromonas Hydrophila». Журнал болезней рыб . 44 (9): 1435–1447. дои : 10.1111/jfd.13451 . ISSN 0140-7775 . ПМИД 34114245 . S2CID 235403446 .
- ^ Линь, Нгуен Ву; Дьен, Ле Тхань; Панпхут, Уоттс; Тапинта, Анат; Сенапин, Саенгчан; Сент-Илер, Софи; Родкхум, Чаннаронг; Донг, Ха Тхань (май 2021 г.). «Озоновые нанопузырьки модулируют врожденную систему защиты нильской тилапии (Oreochromis niloticus) против Streptococcus agalactiae». Иммунология рыб и моллюсков . 112 : 64–73. дои : 10.1016/j.fsi.2021.02.015 . PMID 33667674 . S2CID 232130120 .
- ^ Ушида, Акиоми; Кояма, Такахиро; Накамото, Ёсинори; Наруми, Такацунэ; Сато, Тайсуке; Хасэгава, Томиичи (август 2017 г.). «Противомикробная эффективность ультрамелких пузырьковых смесей, богатых озоном, для свежих овощей с использованием переменного потока». Журнал пищевой инженерии . 206 : 48–56. дои : 10.1016/j.jfood.2017.03.003 .