マイクロバブルとは？

これまで、気泡に関する適切な分類法がないことから、新しい分類法を図1に示す。これにより気泡の直径が大きい順に「センチバブル(CMB)」、「ミリバブル(MMB)」と呼ぶことにし、それぞれの単位長さ前後の直径を有する気泡とする。また、これらを総称して「マイクロバブル」と呼ぶが、従来の「泡技術」において使用されてきた気泡のほとんどは、この「マクロバブル」であり、特にミリバブル程度のものは「微細気泡」とも呼ばれてきた。

ところが、最近になって、さらに1ケタ小さいサイズの気泡を発生させる装置が開発され、その技術的成果が注目されるようになってきた。具体的には、「マイクロバブル(MB)」と呼ばれるものであり、マクロバブルには存在しない新たな物理化学的特性が注目を集めつつある。同時に「マイクロバブル」の観察から、より小サイズの「マイクロナノバブル(MNB)」の存在が明らかになり、さらには「ナノバブル(NB)」の発見に関する期待も多いに膨らんでいる。

しかし、これらの「マイクロバブル」以下の気泡の物理化学的性質については不明なところが多く、今後の系統的な究明が待たれるところであるが、水産養殖、閉鎖水域の水質浄化などの実用分野において、マイクロバブルの液体への高吸収性、液体中での高拡散性、生物に対する活性作用の発揮など、その高機能性および多機能性に関する効果が注目されている。

　収縮運動に関して次の3つの特徴が明らかとなった。

マイクロバブル及びマイクロナノバブルは従来から考えられてきた球形ではなく、時間的にさまざまに変形しながら収縮するという自己運動を呈する。その意味で、マイクロバブルの形状変化はかなり複雑な時空間形状を有し、この変化は「マイクロナノバブル」に移行するにつれ一層顕著となる。

　「マイクロバブル」の収縮は気泡内の一時的な圧力の増加を促す。一方で、上記の「マイクロバブル」が非球形状を呈することは、気泡内の圧力空間的変化が起こっていることを示唆する。また、この圧力変化は気液界面における気体の溶解過程にも関係していると思われることから、これらの収縮に伴う圧力変化や溶解機構に関するより詳細な解明が必要である。

　「マイクロバブル」の収縮運動には開始する限界値があるはずであり、その時の気泡径を「限界気泡径」と呼ぶことにする。この気泡径は上記のように「ミリバブル」と「マイクロバブル」を区別する重要な指標となりうることから、この値の性格を求めることが重要となる。

参考文献［泡のエンジニアリング　Concepts in Basic Bubble and Foam Engineering］

「マイクロバブル」サイズの測定結果は〜10μmとなった。また、「マイクロバブル」は上昇速度が遅く、水中を揺らめきながら上昇していく。さらに液体の表面張力によって泡のサイズが小さいほど内部圧力が高くなる。(式1)

P=P₀+2γ/r　　　P：内部圧力　　P₀：外部圧力

　　　　　　　　　γ：表面張力　　r：気泡の半径

式1.　表面張力による気泡径と内圧部の関係式(ラプラスの法則)

　また、気体の圧力が高くなると気体の溶解度が大きくなる。(式2)　よって、「マイクロバブル」の溶解度は通常の泡よりも良いと考えられ、二酸化炭素のような通常でも溶解度の大きい気体は「マイクロバブル」にすればより効果的に溶解させることができると考えられる。

C=kp　　C：気体の溶解度　　k：ヘンリー定数

p：気体の圧力

式2．気体の圧力と気体の溶解度の関係式（ヘンリーの法則）

　また、圧縮気体を利用しているため、動力が基本的にほとんど必要なく、省エネルギータイプの「マイクロバブル」発生装置として利用できる。