納米氣泡對(duì)污染物的吸附及其影響因素探究.pdf

1、納米氣泡是人們?cè)谘芯克械膬蓚€(gè)疏水表面間的疏水長(zhǎng)程作用機(jī)制時(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，固液界面上存在納米氣泡的觀點(diǎn)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(guān)注，納米氣泡的產(chǎn)生及應(yīng)用等有關(guān)問題也成為人們研究的熱點(diǎn)。經(jīng)典熱力學(xué)表明納米氣泡在水中存在時(shí)間僅為幾微秒，然而大量實(shí)驗(yàn)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(duì)納米科技、界面科學(xué)、流體力學(xué)、生物學(xué)和其他領(lǐng)域都有廣泛的影響。此外，納米氣泡會(huì)引起流體在界面的滑移，減少流動(dòng)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(guān)。因此，界面納米氣泡具有十分重要的研究應(yīng)用價(jià)值。目前原子力顯微鏡（AFM）是直接探測(cè)固液界面納米氣泡的最有力手段。在用AFM對(duì)納米氣泡成像時(shí)，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(xué)法等。其中，醇水替換被廣泛應(yīng)用并被證明是能高度重復(fù)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(jī)溶劑與水替換來產(chǎn)生納米氣泡。然而，有機(jī)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(jī)污染物等。
　　為了探究在原子級(jí)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(xué)工作站監(jiān)測(cè)電極表面雙電層電容的變化。實(shí)驗(yàn)中我們采

4、用溶液替換法利用雙電層電容與相對(duì)介電常數(shù)的關(guān)系來推測(cè)電極表面的納米氣泡生成與否。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)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(shí)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(duì)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(dòng)力比較大，形成晶胚就會(huì)多，可以在電極表面形成更多的成核位點(diǎn)。
　　由于納米氣泡的特殊性質(zhì)，在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用前景也十分廣闊。我們通過模擬重金屬污染和有機(jī)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(duì)水中污染物的吸附作用。通過電化學(xué)工作站檢測(cè)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(qiáng)污染物的吸附。而且隨著超聲時(shí)間的增長(zhǎng)，納米氣泡會(huì)越來越多