マイクロバブル

マイクロバブルの概要と特性

マイクロバブルとは、直径が1から100マイクロメートルの微細な気泡を指します。ISO規格では、ファインバブルの一種として位置づけられており、さらに細かい数十から数百ナノメートルの気泡はウルトラファインバブルと呼ばれています。これらの気泡は、通常の気泡とは異なる特性を持ち、多岐にわたる応用が期待されています。

発生方法

マイクロバブルの生成には以下の方法があります。

エジェクター方式

この手法では、加圧された液体をエジェクターに送り込むことによって無数の「剥離流」を生み出し、そこに自吸されたガスを微細化して気泡を形成します。

キャビテーション方式

キャビテーション構造を持つ発生器に液体を加圧し、そこで生じるキャビテーション現象を利用して液体に含まれる溶存ガスを析出させます。この過程で気泡が生成されます。

旋回流方式

筒状の発生器に偏心方向から加圧した液体を送り込み、筒の中心部に形成される「気柱」により空気を自吸させます。この際の速度差から生じるせん断力によって気泡が作り出されます。

加圧溶解法

気体を圧力下で強制的に液体に溶解させ、次に減圧を行うことで気泡が析出します。この方法もマイクロバブルの生成に用いられます。

マイクロバブルの特性

上昇速度

マイクロバブルはその小さな体積のために、通常の気泡よりも著しく遅い速度で上昇します。例えば、直径が10マイクロメートルの気泡は、一分間に約3ミリメートルしか上昇しません。この遅い上昇速度によって、マイクロバブルは長時間水中に滞在することが可能です。

自己加圧効果

マイクロバブルの界面では、異なる相間で界面張力が作用し、圧力が生じます。この圧力は気泡の大きさに反比例して高まるため、微細な気泡は圧力によってさらに小さくなり、理論的には無限の圧力を生むことが考えられています。この性質により、気体が水中でより効果的に溶解されることが期待されます。

表面電位特性

マイクロバブルは負に帯電しているため、相互に反発し合います。この特性により、マイクロバブル同士の結合を防ぎ、気泡の濃度を保つことができます。

自己圧壊

マイクロバブルの自己圧壊作用によって、ラジカルが生成される可能性があるとされていますが、その正確なメカニズムは未だに解明されていない部分があります。

応用例

マイクロバブルは多岐にわたって利用されています。

造影剤

微細気泡を用いた造影剤は、毛細血管を容易に通過することができ、副作用のリスクを低減することが可能です。

マイクロバブルオゾン

オゾンや二酸化炭素を含むマイクロバブルは、水中のウイルスや雑菌を不活性化させる殺菌効果を持ちます。残存しないため、効果的な殺菌が実現されます。

船舶への応用

船体と海水の間にマイクロバブルを流すことで、摩擦抵抗を減少させ、省エネルギー化を図ることが可能です。この場合、気泡径は約0.5から1ミリメートルであり、一般には「ミリバブル」として分類されます。

農業

東京大学の研究によれば、プラスに帯電したナノバブルを用いた水耕栽培は、植物の葉緑素を増加させる効果があり、野菜の増収が期待されています。

まとめ

マイクロバブルは、その特異な性質のおかげでさまざまな分野での応用が進んでおり、今後も新たな発展が期待されます。

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