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CREST | 夏威夷大学马诺阿分校Khanal团队：纳米气泡技术在环境和农业领域的应用

时间：2023-06-01 来源：浏览：

CREST | 夏威夷大学马诺阿分校Khanal团队：纳米气泡技术在环境和农业领域的应用

高级氧化圈

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微信号 Aopsfrontier

功能介绍不限于分享高级氧化技术前沿科学知识。

收录于合集

以下文章来源于环境科技评论CREST ，作者Khanal 等

环境科技评论CREST .

Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，环境科技评论）期刊官方公众号

导读

美国夏威夷大学马诺阿分校Samir Kumar Khanal团队 在 Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊 发表题为“ 纳米气泡技术在环境和农业领域的应用——机遇与挑战（Nanobubble technology applications in environmental and agricultural systems: Opportunities and challenges ; 2023, 53(14): 1378-1403）”的综述。

近年来， 纳米气泡（NB） 因其独特的物理化学性质而被广泛应用于环境工程（环境修复、水处理、好氧发酵、厌氧消化和藻类生产）和农业领域（农学、园艺、水产养殖、生物栽培等）。此外，纳米气泡技术衍生的 活性氧（ROS） 对去除病原体和持久性有机污染物具有重要作用。纳米气泡技术还具有比传统曝气更高的水相溶解氧含量，可提高植物产量（10~40%）。然而，目前纳米气泡的产生及其控制气液传质的机制和影响因素尚不明确。为推进该技术的发展，基于总结当前的研究进展，该综述对 纳米气泡技术应用的基本机制和性能 进行了深入探讨，阐述了纳米气泡技术的机遇和挑战，并对该技术后续研究进行展望。

图1 图文摘要（Graphic Abstract）

主要内容

本文主要内容包括：气液传质的机制、表面电荷和静电相互作用、疏水作用、ROS的形成机制及纳米气泡-细胞相互作用 。通过分析分子扩散和气液传质的方式及其影响因素，介绍了双扩散层和表面电荷的影响因素、自由离子对纳米气泡界面的影响及纳米气泡界面的分子间作用力（图2）。

图2 分子扩散及气液传质机制

纳米气泡表面电荷是物理化学作用位点，对进一步了解纳米气泡的反应机制至关重要。本文阐述了双扩散层及电荷作用和吸附机制。其中，双扩散层是调节纳米气泡稳定性和层间沉积过程的关键。表面活性界面具有高度选择性，对阳离子吸附和pH值具有敏感性。因此，可通过选择适宜的电解质、温度和pH值调控纳米气泡ζ电位和稳定性，进而调控传质、ROS形成、静电作用及疏水性（图3）。

图3 纳米气泡ζ电位的影响因素

此外，综述对纳米气泡技术在环境和农业领域应用的机制和性能进行了探讨，包括有机碳去除、高级氧化工艺、灌溉和矿化、循环水产养殖等，重点阐述静电和疏水附着、活性氧的形成以及气液传质的机制，有助于读者深入理解纳米气泡技术在实际应用中的利弊及机遇和挑战，对纳米气泡技术的发展和后续研究具有重要的指导作用。

总结与展望

纳米气泡技术已在环境和农业领域领域开展了广泛应用。本综述对纳米气泡技术应用的基本机制和性能进行了深入探讨，阐述了纳米气泡技术的机遇和挑战，并对该技术的经济可持续性和后续研究进行了分析和展望。后续研究可重点关注如何将纳米气泡的物理化学属性与系统性能进行联系及其在ROS应用、微生物分析、农业基因表达等多方面的研究和应用。

作者简介

第一作者简介：

Kyle Rafael Marcelino ，美国夏威夷大学马诺阿分校土木与环境工程系博士生。研究兴趣涉及纳米气泡、纳米颗粒、氮回收和水培。

通讯作者简介：

Samir Kumar Khanal ，美国夏威夷大学马诺阿分校分子生物科学与生物工程系教授，土木与环境工程系兼聘教授。主要研究方向为纳米气泡、厌氧消化、真菌发酵、鱼菜共生和人工智能。

|供稿：刘雪

|编排：王菁

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