新研究表明受污染的气泡破裂产生的气溶胶远小于预期

冰冷的苏打水。海浪拍打着海滩。篝火的噼啪声。从水壶中蒸气。

这些不仅是轻松周末的要素，也是我们环境中气溶胶的来源。虽然其中一些气溶胶来源并不是什么大问题，但来自工业来源的气溶胶，如废水处理厂，甚至天然来源，如海浪和灰尘，都有能力对环境甚至公众健康产生更大的影响。

气溶胶是悬浮在空气中的液滴或细小固体颗粒的悬浮液。虽然气溶胶以多种方式产生，但最重要的来源之一是通过液体和空气之间界面处的气泡破裂。以前的大多数研究都集中在“清洁”气泡上，尽管受污染的界面更为普遍。

诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械科学与工程助理教授冯杰和研究生杨正宇的新研究表明，由薄油层涂层覆盖的破裂气泡会产生更小尺寸的液滴，更多的液滴总数，并且以更高的速度喷射比在清洁水中产生的气泡。这项研究最近发表在《自然物理学》上。

气溶胶在我们的环境中无处不在，它们本质上可以是自然的，也可以是人为的。气泡破裂气溶胶在质量通过液体界面的转移中起着关键作用。例如，海浪气溶胶主要是由海洋表面的气泡破裂产生的。气泡破裂产生的液滴会影响空气污染、全球气候甚至传染病的传播。这些液滴的一个重要参数是它们的大小，因为它表明了在大气中的停留时间和运输 - 小液滴更容易被风抬起并且可以传播得更远。

冯说：“我们到处都有污染的水。当气泡从更深的水上升到表面时，它会收集污染物并在其周围形成有机层。我们称之为受污染的泡沫。当它到达表面并破裂时，它实际上可以将这些污染物雾化成小液滴。

Feng和Yang研究了薄薄的油层对破裂气泡的影响，作为受污染气泡的模型系统。在水表面上破裂毫米大小的裸泡会产生典型尺寸约为100微米(μm)的液滴(典型的人类头发约为100-200μm)。在这项工作中，他们发现当破裂的气泡被一层薄薄的油覆盖时，液滴可以小到几微米。此外，裸气泡爆裂产生的液滴通常为每秒 1 米 (m/s)，而油涂层气泡爆裂产生的液滴喷射速度高达 10 m/s。

Feng总结说：“我们工作的主要结论是，我们发现，对于这些受污染的气泡，它们可以非常有效地将污染物雾化成微米大小的液滴。

在废水处理厂等工业环境中，较小的受污染液滴可能会对在工厂工作的人员构成重大风险。在这些环境中，气泡破裂可能会产生酸性雾和生物气溶胶。了解受污染的气泡对粒径分布和喷射速度的影响对于设计有效的个人防护设备以及实施有关此类设施附近空气和水质的其他指南至关重要。

在更广泛的范围内，气溶胶对天气、气候甚至人类健康都有影响。

“这些飞沫可以传播病原体，细菌和病毒，”杨说。“当你有这些小气溶胶时，它们可以被喷射得更高，小尺寸和更高的喷射速度可以帮助它们在大气中停留更长时间。了解气溶胶的大小和组成对于改进全球建模工作非常重要。此外，这些受污染的液滴可能会造成更大的污染物传播和感染风险，因为较小的气溶胶能够比较大的气溶胶进一步渗透到呼吸道中。

这项工作的其他贡献者包括Bingqiang Ji(合著者，博士后，MechSE，UIUC)和Jesse T. Ault(布朗大学工程学院助理教授)。

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