方鲲^1,2   刘康^1,2   方铮^1,2   李玫^1,2

1. 北京纳盛通新材料科技有限责任公司

2. 北京热塑性复合材料工程技术研究所

由于微纳米气泡独特的特性，近年来受到越来越多的关注。迄今为止，已经研究了微纳米气泡的产生机制，它是一项很有前途的技术，其应用已经扩展到能源、环境、清洗、水处理、农业·植物栽培、化学、医疗·药品和水产养殖等更广泛的领域。

Due to its unique characteristics, microbubbles have attracted more and more attention in recent years. So far, the generation mechanism of micro and nano bubbles has been studied. It is a promising technology, and its application has been extended to a wider range of fields such as energy, environment, cleaning, water treatment, agriculture, plant cultivation, chemistry, medicine, medicine and aquaculture.

关键词：微纳米气泡，超细气泡

1.什么是微纳米气泡？

长期以来，气泡一直被用于废水处理中的水净化。国际标准化组织 (ISO) 将直径100μm或更小的气泡定义为微气泡。本文中所提到的微纳米气泡比普通气泡小得多，包括1μm以下肉眼不可见的气泡（超细气泡）。

现在我们可以不仅可以使用特定的气泡发生装置人为的产生微纳米气泡，而且随着技术的进步，人们可以稳定和准确的获取、测量微纳米气泡，通过对它的研究，显示出普通气泡无法得到的特性和效果。微发泡（微纳米气泡）在我们日常生活中将会得到越来越广泛的应用。

微发泡（微纳气泡）是一种应用领域广泛的工艺技术，根据气泡的组成和气体的种类、尺寸·浓度，其作用也有各种各样。例如，利用微发泡（微纳米气泡）的水质净化等环保领域，清洗、燃烧改进和分离等工业领域，食品杀菌、食品净化和清洁等食品领域，水耕栽培等农业领域和渔业领域，目前在医疗、制药领域的发展正在取得进展。此外，在降低船舶阻力、用于浴池以促进血液循环和美容生活等广泛领域中，正在研究应用微发泡（微纳米气泡）的有效性。可以说，它是一项有助于改善环境和减轻各行业环境负荷方面备受关注的技术。

2.微发泡（微纳米气泡）研发的历史

2.1 微纳米气泡起源于为了减轻牡蛎养殖造成的损害

微纳米气泡的发现可以追溯到1997年，那一年因为赤潮，广岛的牡蛎养殖业遭受了45亿日元的巨大损失。广岛县德山高等专科学校大成博文教授作为水质净化方面的专家，从80年代开始就一直为土木及建筑领域开发气泡发生器，因此接到当地广岛县牡蛎养殖业行业的委托，希望减少在牡蛎养殖过程中因为赤潮造成的损失。

大成教授把正在开发中的样机改良成适合木筏的样机，设置在海面下10m处进行了现场实验。当时微气泡的直径约为50μm左右（啤酒泡沫的1/1000左右），气泡在水中像烟雾一样漂浮消散，其效果显现，牡蛎免于死亡。于是与1998年12月将该装置作为“旋转式微气泡发生装置”申请了专利，并于2003年2月取得专利.这件事被认为是微发泡（微纳米气泡）的起源。

2.2 国际标准化的微发泡（微纳米气泡）

如图5所示，微纳米气泡包括微气泡（MB）和超微气泡（UFB）两种类型。国际标准化组织 (ISO)对其大小做了定义，但与气体的类型无关。微纳米泡沫中的MB看上去白色浑浊，常温常压下直径为10μm 的气泡在水中以每分钟约3mm的速度上升。另一方面，1μm以下的UFB由于接近纳米级，所以最初被称为“纳米气泡”，并被国际标准化，现在被称为UFB（超细气泡）。

超微气泡具有不散射可见光而且透明的特点，通过目视无法确认气泡的存在。目前针对超细气派的测量方法已经确立，为人们确定超微气泡的有无提供了有力的保证。

如图6所示，水中的普通气泡（毫米气泡）和微纳米的运动状态存在差异。微纳米气泡可在液体中长时间漂浮,气泡内的气体被压缩，离子大量聚集在气泡表面。目前，正式确定直径50μm以下为微气泡。

为了产生大量的超细气泡（UFB），以微气泡为原料，通过给予特定的刺激产生。超细气泡（UFB）具有各种特殊的物理化学性质，根据选择的制造方法和条件，它在液体中可存在数月（最长可达6个月）。

2.3微纳米气泡基础技术的确立

（1）微气泡的产生方法

产生的微气泡的大小、分布及寿命因产生原理和操作条件而异。微泡膜的产生原理可以分为以下几种：

※除此之外，还有静态混合器式、混合蒸汽直接接触冷凝式、超声波空化式、螺旋空化式等方式。

（2）超细气泡的产生方法

超细气泡主要是以产生的微气泡为原料制造的。如图7所示，通过旋流式或压力溶解式微气泡制造方法产生微气泡，使液体混浊。然后，在一定条件下使微气泡收缩，使未微化的微气泡浮游分离，进而产生超细气泡（透明液体）。

以这种方式产生的超细气泡的最大峰值直径通常在100~200nm 之间。另外，布朗运动过程中的超细气泡具有丰富的物理化学性质（压力、温度、喷射、蒸发、溶解、各种反应等），其中的气泡电位特性（气泡带有负电荷，容易附着在正上）最具特点。根据液体种类和氢离子浓度等液体性质和气体种类，可以改变超细气泡的特性。

（3）超细气泡技术中重要的测量技术

3.微发泡（微纳米气泡）的开发领域

3.1 2013年微发泡（微纳米气泡）被日本政府认定为创新技术

2013年6月，日本内阁会议通过了日本复兴战略“日本产业复兴计划”、“战略市场创造计划”以及“科学技术创新综合战略”。其中，微发泡（微纳米气泡）作为优先推进课题，经济产业省在2014年度批准2亿日元的预算投入到“微纳米气泡基础技术”的研发。将“微发泡（微纳米气泡）”作为日本代表性创新技术发展的主题之一，表明日本已将该技术认定为国家的创新技术。

3.2 阐明微纳米气泡的作用和机理是开发的基础

    如表3所示，随着研发的不断推进，自21世纪初以来基于准确验证数据的研究取得了进展，微纳米气泡的效果及其机理逐渐被发现，这些都是微发泡（微纳米气泡）应用开发的基础。

3.3 微发泡（微纳米气泡）的应用领域全貌 

    微发泡（微纳米气泡）的应用日益广泛，随着应用领域的明确，设备制造商也在致力于开拓新的用途。如表4，微纳米气泡具有清洗、催化剂、杀菌·消毒、除臭、微粒吸附、生物活性化和降低摩擦力等效果。

如图12所示，总结概括了微纳米气泡中使用气体的种类、大小及功能。

4.微发泡（微纳米气泡）的相关市场

4.1微发泡（微纳米气泡）在世界得以广泛应用

微发泡（微纳米气泡）的市场不仅限于应用机械装置，其相关系统和相关服务的市场也在快速增长。 根据微纳米气泡产业协会（FBIA）「微发泡（微纳米气泡）海外市场调查报告」的预测，2023年全球微发泡（微纳米气泡）市场规模为6.4万亿日元，使用微发泡（微纳米气泡）的相关系统和服务的全球市场从 2017 年左右开始增长，2020 年达到 3.8 万亿日元，2023 年将达到 5.5 万亿日元。

根据预测，主要市场包括以下四个领域：

（1）清洗领域（半导体清洗、建筑物的配管清洗、临海设施附着盐分清洗）

（2）水产领域（用于保鲜/杀菌、养殖、船舶等的清洗）

（3）农畜领域（面向植物工厂、水耕栽培、蔬菜清洗、消毒/杀菌、供氧）

（4）环保领域（水质净化、污水生物处理、土壤净化、医疗、食品/饮料）

微发泡（微纳米气泡）的市场从发生装置和测量装置开始逐步发展起来，然后逐步在效果明显的养殖业、食品行业及清洗行业形成市场。将来从事相关系统和服务的企业会称为市场的中心，推动整个行业发展。作为参考，在表6中列举了日本部分从事微纳米气泡行业的上市公司。

预计利用微发泡（微纳米气泡）的杀菌消毒效果、生物活性效果，在农业、渔业、食品制造等现场投入使用，仅在这些领域就有望形成巨大的市场。

利用微发泡（微纳米气泡）提高农业、渔业的生产性，这将为世界范围内的粮食问题提出了一个有效解决手段，同时，该技术在除臭和卫生管理相关市场的应用也可为世界做出贡献。

4.2微发泡（微纳米气泡）今后的期待和课题

如表7总结了微发泡（微纳米气泡）将在以下领域有广阔的发展前景。其中特别是在化学、医疗药品和健康等领域的应用备受期待和关注。

参考文献：

1.「マイクロバブルおよびナノバブルに関する研究」、産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門 研究主幹 高橋正好

2.「小さな気泡の不思議な世界」、産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門 研究主幹高橋正好

3. 戦略的国際標準化加速事業?国際標準共同研究開発事業「ナノ?マイクロバブル技術に関する国際標準化報告書」2013 年 3 月、一般社団法人微細気泡産業会

4.「ファインバブル基盤技術研究開発事業事前評価報告書」2013 年 8 月、経済産業省 産業構造審議会産業技術環境分科会 研究開発?評価小委員会評価ワーキンググループ

5. ファインバブル技術の海外市場調査」、2014 年 2 月、一般社団法人ファインバブル産業会

6.「農林水産系のファインバブル技術開発」の概要と府省間連携の状況、2014 年 3 月、経済産業省産業技術環境局産業基盤標準化推進室

7.「ファインバブル技術のトレンドと課題」、化学工学 第 78 巻 第 9 号（2014.6）、慶應義塾大学理工学部教授 寺坂宏一

8.「ファインバブル洗浄イノベーション」（2014 洗浄総合展 FBIA セミナー資料）、2014年 10 月、一般社団法人ファインバブル産業会

9.「ファインバブル活用事例集」、経済産業省九州経済産業局、2016.3

10.「超微細な泡（ファインバブル）が暮らしと企業を変える（慶應義塾大学理工学部教授寺坂宏一氏に聞く）：SPECIAL INTERVIEW」、京都銀行、2016.5

方鲲^1,2   刘康^1,2   方铮^1,2   李玫^1,2

1. 北京纳盛通新材料科技有限责任公司

2. 北京热塑性复合材料工程技术研究所

由于微纳米气泡独特的特性，近年来受到越来越多的关注。迄今为止，已经研究了微纳米气泡的产生机制，它是一项很有前途的技术，其应用已经扩展到能源、环境、清洗、水处理、农业·植物栽培、化学、医疗·药品和水产养殖等更广泛的领域。

Due to its unique characteristics, microbubbles have attracted more and more attention in recent years. So far, the generation mechanism of micro and nano bubbles has been studied. It is a promising technology, and its application has been extended to a wider range of fields such as energy, environment, cleaning, water treatment, agriculture, plant cultivation, chemistry, medicine, medicine and aquaculture.

关键词：微纳米气泡，超细气泡

1.什么是微纳米气泡？

长期以来，气泡一直被用于废水处理中的水净化。国际标准化组织 (ISO) 将直径100μm或更小的气泡定义为微气泡。本文中所提到的微纳米气泡比普通气泡小得多，包括1μm以下肉眼不可见的气泡（超细气泡）。

现在我们可以不仅可以使用特定的气泡发生装置人为的产生微纳米气泡，而且随着技术的进步，人们可以稳定和准确的获取、测量微纳米气泡，通过对它的研究，显示出普通气泡无法得到的特性和效果。微发泡（微纳米气泡）在我们日常生活中将会得到越来越广泛的应用。

微发泡（微纳气泡）是一种应用领域广泛的工艺技术，根据气泡的组成和气体的种类、尺寸·浓度，其作用也有各种各样。例如，利用微发泡（微纳米气泡）的水质净化等环保领域，清洗、燃烧改进和分离等工业领域，食品杀菌、食品净化和清洁等食品领域，水耕栽培等农业领域和渔业领域，目前在医疗、制药领域的发展正在取得进展。此外，在降低船舶阻力、用于浴池以促进血液循环和美容生活等广泛领域中，正在研究应用微发泡（微纳米气泡）的有效性。可以说，它是一项有助于改善环境和减轻各行业环境负荷方面备受关注的技术。

2.微发泡（微纳米气泡）研发的历史

2.1 微纳米气泡起源于为了减轻牡蛎养殖造成的损害

微纳米气泡的发现可以追溯到1997年，那一年因为赤潮，广岛的牡蛎养殖业遭受了45亿日元的巨大损失。广岛县德山高等专科学校大成博文教授作为水质净化方面的专家，从80年代开始就一直为土木及建筑领域开发气泡发生器，因此接到当地广岛县牡蛎养殖业行业的委托，希望减少在牡蛎养殖过程中因为赤潮造成的损失。

大成教授把正在开发中的样机改良成适合木筏的样机，设置在海面下10m处进行了现场实验。当时微气泡的直径约为50μm左右（啤酒泡沫的1/1000左右），气泡在水中像烟雾一样漂浮消散，其效果显现，牡蛎免于死亡。于是与1998年12月将该装置作为“旋转式微气泡发生装置”申请了专利，并于2003年2月取得专利.这件事被认为是微发泡（微纳米气泡）的起源。

2.2 国际标准化的微发泡（微纳米气泡）

如图5所示，微纳米气泡包括微气泡（MB）和超微气泡（UFB）两种类型。国际标准化组织 (ISO)对其大小做了定义，但与气体的类型无关。微纳米泡沫中的MB看上去白色浑浊，常温常压下直径为10μm 的气泡在水中以每分钟约3mm的速度上升。另一方面，1μm以下的UFB由于接近纳米级，所以最初被称为“纳米气泡”，并被国际标准化，现在被称为UFB（超细气泡）。

超微气泡具有不散射可见光而且透明的特点，通过目视无法确认气泡的存在。目前针对超细气派的测量方法已经确立，为人们确定超微气泡的有无提供了有力的保证。

如图6所示，水中的普通气泡（毫米气泡）和微纳米的运动状态存在差异。微纳米气泡可在液体中长时间漂浮,气泡内的气体被压缩，离子大量聚集在气泡表面。目前，正式确定直径50μm以下为微气泡。

为了产生大量的超细气泡（UFB），以微气泡为原料，通过给予特定的刺激产生。超细气泡（UFB）具有各种特殊的物理化学性质，根据选择的制造方法和条件，它在液体中可存在数月（最长可达6个月）。

2.3微纳米气泡基础技术的确立

（1）微气泡的产生方法

产生的微气泡的大小、分布及寿命因产生原理和操作条件而异。微泡膜的产生原理可以分为以下几种：

※除此之外，还有静态混合器式、混合蒸汽直接接触冷凝式、超声波空化式、螺旋空化式等方式。

（2）超细气泡的产生方法

超细气泡主要是以产生的微气泡为原料制造的。如图7所示，通过旋流式或压力溶解式微气泡制造方法产生微气泡，使液体混浊。然后，在一定条件下使微气泡收缩，使未微化的微气泡浮游分离，进而产生超细气泡（透明液体）。

以这种方式产生的超细气泡的最大峰值直径通常在100~200nm 之间。另外，布朗运动过程中的超细气泡具有丰富的物理化学性质（压力、温度、喷射、蒸发、溶解、各种反应等），其中的气泡电位特性（气泡带有负电荷，容易附着在正上）最具特点。根据液体种类和氢离子浓度等液体性质和气体种类，可以改变超细气泡的特性。

（3）超细气泡技术中重要的测量技术

3.微发泡（微纳米气泡）的开发领域

3.1 2013年微发泡（微纳米气泡）被日本政府认定为创新技术

2013年6月，日本内阁会议通过了日本复兴战略“日本产业复兴计划”、“战略市场创造计划”以及“科学技术创新综合战略”。其中，微发泡（微纳米气泡）作为优先推进课题，经济产业省在2014年度批准2亿日元的预算投入到“微纳米气泡基础技术”的研发。将“微发泡（微纳米气泡）”作为日本代表性创新技术发展的主题之一，表明日本已将该技术认定为国家的创新技术。

3.2 阐明微纳米气泡的作用和机理是开发的基础

    如表3所示，随着研发的不断推进，自21世纪初以来基于准确验证数据的研究取得了进展，微纳米气泡的效果及其机理逐渐被发现，这些都是微发泡（微纳米气泡）应用开发的基础。

3.3 微发泡（微纳米气泡）的应用领域全貌 

    微发泡（微纳米气泡）的应用日益广泛，随着应用领域的明确，设备制造商也在致力于开拓新的用途。如表4，微纳米气泡具有清洗、催化剂、杀菌·消毒、除臭、微粒吸附、生物活性化和降低摩擦力等效果。

如图12所示，总结概括了微纳米气泡中使用气体的种类、大小及功能。

4.微发泡（微纳米气泡）的相关市场

4.1微发泡（微纳米气泡）在世界得以广泛应用

微发泡（微纳米气泡）的市场不仅限于应用机械装置，其相关系统和相关服务的市场也在快速增长。 根据微纳米气泡产业协会（FBIA）「微发泡（微纳米气泡）海外市场调查报告」的预测，2023年全球微发泡（微纳米气泡）市场规模为6.4万亿日元，使用微发泡（微纳米气泡）的相关系统和服务的全球市场从 2017 年左右开始增长，2020 年达到 3.8 万亿日元，2023 年将达到 5.5 万亿日元。

根据预测，主要市场包括以下四个领域：

（1）清洗领域（半导体清洗、建筑物的配管清洗、临海设施附着盐分清洗）

（2）水产领域（用于保鲜/杀菌、养殖、船舶等的清洗）

（3）农畜领域（面向植物工厂、水耕栽培、蔬菜清洗、消毒/杀菌、供氧）

（4）环保领域（水质净化、污水生物处理、土壤净化、医疗、食品/饮料）

微发泡（微纳米气泡）的市场从发生装置和测量装置开始逐步发展起来，然后逐步在效果明显的养殖业、食品行业及清洗行业形成市场。将来从事相关系统和服务的企业会称为市场的中心，推动整个行业发展。作为参考，在表6中列举了日本部分从事微纳米气泡行业的上市公司。

预计利用微发泡（微纳米气泡）的杀菌消毒效果、生物活性效果，在农业、渔业、食品制造等现场投入使用，仅在这些领域就有望形成巨大的市场。

利用微发泡（微纳米气泡）提高农业、渔业的生产性，这将为世界范围内的粮食问题提出了一个有效解决手段，同时，该技术在除臭和卫生管理相关市场的应用也可为世界做出贡献。

4.2微发泡（微纳米气泡）今后的期待和课题

如表7总结了微发泡（微纳米气泡）将在以下领域有广阔的发展前景。其中特别是在化学、医疗药品和健康等领域的应用备受期待和关注。

参考文献：

1.「マイクロバブルおよびナノバブルに関する研究」、産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門 研究主幹 高橋正好

2.「小さな気泡の不思議な世界」、産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門 研究主幹高橋正好

3. 戦略的国際標準化加速事業?国際標準共同研究開発事業「ナノ?マイクロバブル技術に関する国際標準化報告書」2013 年 3 月、一般社団法人微細気泡産業会

4.「ファインバブル基盤技術研究開発事業事前評価報告書」2013 年 8 月、経済産業省 産業構造審議会産業技術環境分科会 研究開発?評価小委員会評価ワーキンググループ

5. ファインバブル技術の海外市場調査」、2014 年 2 月、一般社団法人ファインバブル産業会

6.「農林水産系のファインバブル技術開発」の概要と府省間連携の状況、2014 年 3 月、経済産業省産業技術環境局産業基盤標準化推進室

7.「ファインバブル技術のトレンドと課題」、化学工学 第 78 巻 第 9 号（2014.6）、慶應義塾大学理工学部教授 寺坂宏一

8.「ファインバブル洗浄イノベーション」（2014 洗浄総合展 FBIA セミナー資料）、2014年 10 月、一般社団法人ファインバブル産業会

9.「ファインバブル活用事例集」、経済産業省九州経済産業局、2016.3

10.「超微細な泡（ファインバブル）が暮らしと企業を変える（慶應義塾大学理工学部教授寺坂宏一氏に聞く）：SPECIAL INTERVIEW」、京都銀行、2016.5