微气泡技术在金属表面脱脂处理中的应用实践

微气泡技术在金属表面脱脂处理中的应用实践

高新源

佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司

摘要：微气泡技术主要是直径小于等于几百微米的气泡，一般在0.1 ~ 50μm之间。这种气泡存在于水中，溶液呈乳白色。微纳米气泡由于具有体积小、气压高、氧化性强、增强对流换热、无二次污染等特点，属于是节能、环保的新型技术，在环境调控、水氧化、诊断治疗、食品工业、日常生活等行业均受到了十分广泛的关注。对此，本文便针对微气泡技术在金属表面脱脂处理中的运用路径展开一系列探讨分析。

关键词：脱脂处理；金属表面；微气泡技术；脱脂处理

前言：1994年，Parker等人通过精确测量水中疏水表面之间的遥控引力(超出范德华力范围)，证实了微纳米气泡的存在。2000年，利用原子力光学显微镜(AFM)首次在水中发现了微纳米气泡。微纳气泡无需添加清洗剂即可达到优异的脱脂效果。在金属表面脱脂处理工作中应用微气泡技术，能够将流动粘滞阻力减少，使得脱脂处理变得更为高效、快捷，具有一定应用意义。以下便对金属表面脱脂处理中应用微气泡技术的实践进行分析。

1.微气泡主要产生方式

1.1加压溶气法

加压气体释放法是利用高压使气体在水中充分融化，然后减压使气体从水中释放出来，产生10 ~ 100μm微纳米气泡。加压气浮装置的关键设备是由循环泵、工作压力溶汽罐和安全泄压阀组成。泵吸入的水与气体在加压溶汽罐内充分混合，饱和的汽体最终根据泄压安全阀释放气泡。加压气浮装置的放气水陆法会扩大气体的溶解度，产生大量气泡，且粒径分布均匀。它也是微纳气泡产生装置中使用最多的一种方式，但是它消耗大量的能量。

1.2电解析出法

电解沉淀法一般选用铁或铝作为电解水，在电级表面产生直径为20μm的氢和氧。为了考虑实际应用，推导了由引流矩阵的几个连接点组成的阵列微电极。根据减小电级间隔、优化电级直径、增加电级组总数的方法，在电流稳定的条件下，可以产生非常高的对流换热速度和电解效率，从而产生大量的微纳米气泡。Sakai等人将200μm金属微化学纤维制成纺织型电尺度，在锂电池电解液中产生单脉冲微充放电，不需要外部蒸气体，通过电解得到平均直径为777nm的纳米泡。一般的电解沉淀法可以准确地操纵气泡的大小和总数，但其能耗高、产气和供气的相关性小、电品位和H2排放的成本和维护、淤积等诸多问题使其不适合大规模生产和应用[1]。

1.3超音波法

超声波法是利用超声波空化的基本原理，使水溶液在声波频率负压作用下相空化气泡，使原来溶解的气泡将以微纳米气泡的形式析出。Moussatov等人使用频率为20kHz的超声波发生器形成平均直径为120μm的微纳米气泡。但是，超声空化还存在许多其他缺点，如不能继续工作，受水溶液可溶性供气严重限制，功能损失较大，效率略低，成本较高，限制了这种方法的应用和推广。

二、微气泡特征

（一）水中等待时间长

在无穿透的静态数据标准下，根据stokes方程，微纳气泡的上升速度随着气泡直径的减小而减小。因此，它比普通气泡上升到水面需要更长的时间。此外，Demangeat等研究表明，微纳米气泡具有较低的水浮力，直径小于5μm的气泡在水中停止。

（二）加强对流传热

微纳米气泡尺寸的增大降低了气泡内部蒸汽的自增效应，而这种自增效应合理地提高了蒸汽页的传热效率。Bredwell等通过常数法测定了平均原始直径为60μm的微纳米气泡的体积对流换热指数KLa为200~1800h-1，非常适用于气态醇。褚立兵等人的科学研究表明，微纳米气泡可以提高水中活性氧的对流换热速率，提高活性氧的利用率，提高活性氧的空气氧化能力[2]。

（三）释放氧自由基

羟基自由基的强氧化性促进了难以溶于水的空气污染物的溶解。Li等以气体为泡源，通过裂解直径小于50μm的微泡，科学地研究了甲酸的溶解效果。2h检测期间，甲酸污泥负荷达到60%，酸碱标准下实际效果更强。Tasaki等研究表明，在185nm的紫外照射下，微纳米气泡形成羟基自由基，提高了甲基橙的褪色速度。Li等人通过对电子自旋共震的定量分析，发现铜作为金属催化剂，在酸碱标准下可以改善氧气泡的裂纹，从而可以应用羟基自由基。活性氧微泡破裂不仅能促进活性氧的溶解，还能诱发分析化学物质溶解的化学变化。Xu等，活性氧μm气泡与超声波共同溶解1,4 -二恶烷。研究表明，羟基自由基在溶解过程中起着重要作用。

（四）页面差距较高

水中的微气泡由于H+和OH-的吸引作用而产生双电子层，气泡的表层被吸收产生双电子层。电位差为电位差，pH值在4.5~10.26范围内，气泡表面的电位差为负载，强酸碱标准下的电位差为正电荷。气泡表面的吸附特性是有害的，微纳气泡页的吸附特性是在高低位差水平上决定的。负电位差越大，吸附容量越大。Ushikubo等研究表明，co2微纳气泡的电位差一般为-45~-34mV，气体微纳气泡的电位差为-20~-17mV。Co2微纳米气泡主要表现为较强的吸附作用。负电位差的大小一般可用于评价表面活性剂和水生腐殖质化学物质在气泡水页上负载聚集的吸附积累

[3]。

三、微气泡技术在金属表面脱脂处理中的应用原理及对策

（一）微气泡技术在金属表面脱脂处理中的应用原理

在金属表面脱脂工作过程中，被人们使用最多的方式主要由以下几点构成：有机溶剂脱脂、化学脱脂、电解脱脂、乳化脱脂、超声波脱脂，分别通过溶解、乳化、皂化、机械作用将金属工件上的油除去。这些方法各有优缺点。除电解脱脂外，它们都需要加入一定的溶剂或添加剂，而这些溶剂或添加剂溶于水，虽然可以去除油脂，但很难从水中回收。因此，溶剂、助剂和水的消耗是金属脱脂成本的主要组成部分，也是开发节能环保金属脱脂技术的主要重点。

气泡首先吸附到油脂的表面，然后由于气泡的上升趋势，将油酯和油从金属表面剥离。油泡上升到水面，当它们破裂时，油就集中在水面上。在整个过程中，不需要添加溶剂，添加剂添加很少，甚至可以不添加，节省了大量的化学试剂。同时，由于油泡会带到水面，水中没有油渣，所以清洗后的水可以回收再利用，从而节省了大量的水，具有高效、节水、环保的特点。

（二）金属表面脱脂处理中应用微气泡技术的实践对策

首先，根据清洗污水的COD值，评价微纳气泡对脂肪酸的实际清洗效果。微纳气泡的实际清洗效果取决于气泡的总面积。微纳气泡吸收脂肪酸，并根据亲水性相互作用力观察金属表面。此外，双蒸水和微纳气泡水的界面张力分别为57.9度和49.5度，说明微纳气泡水具有更强的润滑性和更低的界面张力。

其次，针对圆钢管腔的实际清洗效果，提出了一种在线检测油污图像并获取污泥负荷的方法。结果表明，微纳气泡水对植物油的实际去除效果更强。微起跑流水一侧内腔内的植物油呈片状残留，无微气泡水一侧的植物油逐渐从附近去除，这说明水力对植物油的水洗是纯水去除植物油的原理，微纳泡水是通过对植物油脂的吸附而显现出功效的。

最后，表活剂的应用可以减小气泡直径，增加气泡在水中的等待时间。在低浓度表面活性剂水溶液中，微纳气泡能显著提高实际清洗效果。然而，当浓度较高并应用正离子表面活性剂时，对实际清洗效果的改善并不显著。

结束语：综上所述，微气泡技术具有水中等待时间长、加强对流传热、释放氧自由基，以及页面差距较高等特征，在金属表面油脂清洗作业中具有十分重要的应用意义。

参考文献：

[1]王猛. 微纳米气泡技术在喷涂废气治理中的应用研究[J]. 华东科技（综合）, 2021, 000(004):1-1.

[2]张文斌, 余端, 姜瑞,等. 一种含脱脂剂废水的安全处置技术研究[J]. 水污染及处理, 2022, 10(4):6-6.

[3]严卫才, 王帅, 刘昌明,等. 新型铝合金脱脂剂工艺试验探究[J]. 有色金属加工, 2021, 50(3):3-3.