纳米气泡强化臭氧传质在高温卫生系统表面污垢氧化清洁中的作用机制研究

针对卫生系统中非生物污垢清除效率低下的问题，研究人员通过模拟热水浴缸工况（39°C），探究臭氧纳米气泡（O3 NBs）对聚氯乙烯（PVC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）表面的清洁效能。结果表明，纳米气泡使溶解臭氧浓度提升2.7倍，氧化还原电位（ORP）快速升高，污垢清除效率达常规臭氧处理的2.4倍，为卫生系统节能清洁提供了新策略。

　　

在卫生设施如浴缸、泳池的日常使用中，聚氯乙烯（PVC）和丙烯酸树脂（PMMA）表面常因有机残留物、矿物沉积等非生物污垢（abiotic fouling）而变得滑腻、发臭甚至滋生病原体。传统臭氧清洁技术因微米级气泡（micro-macrobubbles）传质效率低、高温下臭氧半衰期短等问题，难以维持有效浓度。更棘手的是，这些污垢可能含有致癌物和难降解有机物，亟需开发高效清洁方案。

为突破这一瓶颈，由美国缅因大学领衔的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，创新性地将臭氧纳米气泡（O₃ NBs）技术引入高温卫生系统清洁领域。研究模拟热水浴缸实际工况（39°C），通过对比纳米气泡与常规臭氧处理在溶解臭氧浓度、氧化还原电位（ORP）及污垢清除率等指标的表现，揭示了纳米气泡的"气体储存库"效应及其对表面清洁的强化机制。

关键技术方法包括：1）采用循环系统生成臭氧纳米气泡（71×10⁶ NBs/mL）；2）通过氧化还原电位（ORP）和溶解氧（DO）监测实时氧化能力；3）结合扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线荧光（XRF）分析材料表面变化；4）使用国际管道与机械官员协会（IAMPO）标准人工污垢评估清洁效率。

纳米气泡对臭氧传质的增强作用
研究发现，纳米气泡生成2小时后，溶解臭氧浓度达5.6 μg/L，是常规处理的2.7倍。尽管溶解臭氧1小时内耗尽，但残留的1200万NBs/mL持续释放气体，使ORP在4小时内仅下降8.5%，证实了纳米气泡的缓释功能。

表面清洁效能比较
在30分钟处理中，纳米气泡对PVC和PMMA的污垢清除率分别达常规臭氧的2.4倍和2.1倍。SEM显示纳米气泡处理后的表面孔隙减少，FTIR检测到C=O键增加，表明臭氧氧化了聚合物基质。

结论与意义
该研究首次证实臭氧纳米气泡在高温卫生系统中的双重优势：即时的高氧化效能与持续的氧化潜力维持。其创新点在于：1）揭示纳米气泡通过高比表面积和内部压力促进臭氧溶解；2）证明残留纳米气泡可作为"原位臭氧库"延长作用时间；3）发现臭氧可能通过与聚合物基质的相互作用增强清洁效果。这项技术为减少卫生系统化学清洁剂使用、降低能耗提供了新思路，尤其适用于热水浴缸、泳池等高温场景。未来研究可进一步优化纳米气泡参数以平衡成本与效益。