一、關(guān)于SPG氣泡
“SPG氣泡”是一種將壓力氣體從SPG膜的微孔中分散出來的方法；一般來說，液體中非常小的氣泡稱為“細(xì)氣泡”，尺寸為1-100μm的氣泡稱為“微米氣泡”，小于1μm的氣泡稱為“納米氣泡”。
SPG氣泡的特點(diǎn)是通過改變SPG膜的孔徑來改變氣泡的大小，也適合于從微氣泡中產(chǎn)生更大的毫米級(jí)氣泡；此外，SPG氣泡是一種“非常靜態(tài)的生成方法”，不需要強(qiáng)烈的液體流動(dòng)或液體本身的加壓，它可以在不破壞液體中的微生物和大分子的情況下提供細(xì)小的氣泡，或利用氣泡懸浮的原理。
二、SPG氣泡壓力
SPG膜的氣泡壓力隨孔徑的變化而變化很大，孔徑越小，產(chǎn)生氣泡的壓力越高，其壓力與SPG膜孔中液體被擠出的“氣泡點(diǎn)”壓力相等，可以計(jì)算出來。
PB= 2 γ ●cos θ / R
PB：泡點(diǎn)壓力；
γ：氣相和液相之間的表面張力
θ：膜表面與液相之間的接觸角。
R：SPG孔隙半徑
下面的表格和圖表計(jì)算了空氣在水中冒泡時(shí)的壓力。(γ= 72.75mN/m、θ=30°)
膜管孔徑（μm） | PB壓力（Mpa） |
20 | 0.013 |
10 | 0.025 |
5 | 0.050 |
3 | 0.084 |
2 | 0.126 |
1 | 0.252 |
0.8 | 0.315 |
0.5 | 0.504 |
0.4 | 0.630 |
0.3 | 0.840 |
0.2 | 1.260 |
0.1 | 2.520 |
0.05 | 5.040 |
● 由于SPG專用模塊(固定夾具)的存在，我們建議使用SPG膜孔徑為0.3μm以上，同時(shí)壓力可以控制在小于1MPa以下；氣泡壓力會(huì)隨SPG模塊的規(guī)格而發(fā)生變化，也會(huì)隨SPG孔徑發(fā)生變化。
● 壓力的變化大取決于所用液體的表面張力和粘度；表面張力越小，壓力就越低。
● 以上數(shù)值為擠壓孔隙中液體所需的壓力，一旦液體被擠出，氣體穿過SPG孔隙，氣泡就會(huì)在較低的壓力下產(chǎn)生；一旦微孔中的液體被擠出，就會(huì)形成細(xì)小的氣泡，從SPG孔隙中連續(xù)地產(chǎn)生，然后通過降低壓力進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)檢查氣泡的狀態(tài)。
● SPG氣泡的機(jī)理是當(dāng)SPG表面(包括孔隙內(nèi)部)被液體浸濕時(shí)，由于表面張力的作用，氣體在SPG表面(出口)上形成“氣泡”，與氣體的接觸角增大，因此，如果有排斥液體的物質(zhì)附著在SPG膜上，表面條件沒有被液體浸濕，就不能獲得理想的性能，會(huì)引起大氣泡的產(chǎn)生。
三、SPG膜孔徑與氣泡大小的關(guān)系
SPG氣泡的特點(diǎn)是通過改變SPG膜的孔徑來控制氣泡的大小，根據(jù)Kukizaki博士的研究，當(dāng)0.3 wt%的SDS(陰離子表面活性劑)加入水中，有報(bào)道稱Dp(氣泡大小)=Dm (SPG膜孔徑)x8.6，然而氣泡是非常不穩(wěn)定的，據(jù)說當(dāng)氣泡大小為50μm時(shí)，小氣泡由于內(nèi)部壓力而自我收縮，相反大的氣泡會(huì)膨脹，因此實(shí)際氣泡的大小取決于所使用的液體類型(表面張力)、所使用的氣體類型(易溶解性)、產(chǎn)生環(huán)境(膜裝置表面地壓力等)以及在液體中的停留時(shí)間。
因此Dp = Dm x N，我們認(rèn)為有必要根據(jù)使用目的和使用方法來確定每一次的關(guān)系，氣泡的大小受氣液表面張力的影響很大，如果表面張力越大，氣泡也越大，如果在水中加入降低表面張力的表面活性劑或者酒精，就很容易獲得細(xì)小的氣泡。
▲ SPG膜孔徑(Dm)可以控制氣泡直徑(Dp)： Dm large=Dp large, Dm small=Dp small
▲ 氣液表面張力：大=壓力高= Dp大，小=壓力低= Dp小
▲ 泡浮速度：Dp小慢，Dp大快
▲ 氣液接觸面積(氣泡體積相同)：Dp小=大，Dp大=小
▲ 微氣泡和毫米氣泡都是不穩(wěn)定的，不會(huì)保持一定的大小：Dp 50um以下=收縮，Dp 50um以上=膨脹
四、泡沫生成數(shù)量
基本上SPG氣泡通過壓力來控制的良好氣泡產(chǎn)生條件，這是因?yàn)閴毫?/span>的下降發(fā)生在SPG膜的孔徑內(nèi)部，所以氣體的流量只能通過壓力來控制；此時(shí)氣體的滲透量取決于所使用的液體和氣體，但與SPG膜的有效氣泡面積成正比，如果你加倍使用SPG膜的長度(面積)，產(chǎn)生的氣泡數(shù)量也將加倍。
SPG膜孔徑0.3μm | SPG膜孔徑0.5μm | SPG膜孔徑1μm | SPG膜孔徑5μm | ||||
壓力KPa | 流量ml/min | 壓力KPa | 流量ml/min | 壓力KPa | 流量ml/min | 壓力KPa | 流量ml/min |
505 | 3 | 400 | 3 | 177 | 3 | ||
520 | 5 | 406 | 5 | 187 | 5 | ||
560 | 10 | 435 | 10 | 202 | 10 | 45 | 10 |
600 | 15 | 456 | 15 | 213 | 15 | 48 | 15 |
640 | 20 | 480 | 20 | 229 | 20 | 49 | 20 |
523 | 30 | 53 | 30 | ||||
采用SPG膜型: 膜管φ10mm，長度(有效長度)L105mm
*即使增加壓力來增加流量，也只會(huì)出現(xiàn)大氣泡，不會(huì)產(chǎn)生細(xì)氣泡。
五、內(nèi)壓方式和外壓方式
采用高強(qiáng)度管型10mmSPG膜管。有“內(nèi)壓”和“外壓”兩種用途，根據(jù)SPG膜的固定方法和SPG管道形狀所衍生的強(qiáng)度，實(shí)際工作壓力差別很大。
內(nèi)壓 外壓
氣體從SPG管的內(nèi)表面加壓，在外表面產(chǎn)生氣泡， 氣體從SPG管的外表面加壓，在內(nèi)表面產(chǎn)生氣泡，
其特點(diǎn)是氣泡很容易分散在液體中而液體不流動(dòng)。 有必要將液體強(qiáng)行輸送到管道的內(nèi)表面，液體在管內(nèi)流動(dòng)。
內(nèi)壓 | 外壓 | |
壓力 | 0.3MPa | 0.98Mpa(0.8MPa) |
膜管 | 1μm或更多 | 0.3μm或更多 |
優(yōu)點(diǎn) | ●在不移動(dòng)液體的情況下，氣泡很容易分散在液體中。 ●適用于小容量燒杯測試(約100ml-2L)。 ●適合批量加工。 ●它可以用于液體，如微生物和聚合物，對(duì)沖擊敏感。 ●便于使用的浮動(dòng)分離。 | ●它可以在很小的SPG孔徑下使用，并且比內(nèi)壓型更容易獲得更細(xì)的氣泡。 ●易于連接到供液管道。 |
缺點(diǎn) | 與外壓型相比，只能使用較大孔徑的SPG。 | 需要用泵等強(qiáng)行送液，不適合微生物等使用。 |
*1:壓力因使用的模塊而異。
*2:在第2頁的“氣泡壓力”中，根據(jù)使用壓力來確定SPG的推薦孔徑。當(dāng)使用表面張力較低的液體時(shí)，可以使用較小的SPG孔徑。
