生成含有纳米级气泡的液体的方法和系统技术方案

本发明专利技术申请公开了一种生成含有纳米级气泡的液体的方法和系统。首先，将液体通过雾化喷嘴引入含有气体的压力容器内，液体在压力容器内形成液滴，气体在高于大气压的压力下扩散到液滴中；而后，将压力容器内的含气液体送至狭小空间，且所述空间至少一个维度的尺寸小于20毫米；最后，将含气液体从狭小空间喷射至低于狭小空间压力的开放环境内。

Method and System for Generating Liquid Containing Nano-Bubbles

The invention discloses a method and system for generating liquid containing nano-bubble. First, the liquid is introduced into the pressure vessel containing gas through the atomizing nozzle. The liquid forms droplets in the pressure vessel, and the gas diffuses into the droplets under pressure higher than atmospheric pressure. Then, the gas-containing liquid in the pressure vessel is sent to a narrow space, and the dimension of at least one dimension of the space is less than 20 mm. Finally, the gas-containing liquid is ejected from a narrow space to less than 20 mm. In the open environment of narrow space pressure.

【技术实现步骤摘要】
生成含有纳米级气泡的液体的方法和系统专利
本专利技术涉及一种将气体以纳米级气泡的形式溶于水或其他液体中的方法和实现此方法的系统，适用于市政污水处理、工业废水处理、天然水体的复氧、黑臭水体治理、煤炭洗煤工艺、油气田水油分离、医疗美容、农业及水产养殖业。专利技术背景气泡是液体中由气体填充形成的空洞。在众多涉及多相流领域的工业应用中(例如曝气、废水处理、油气勘探)，气泡的大小起着至关重要的作用。气泡可通过混合气、液体生成，气泡的大小可以在很大范围内变化。基于气泡的尺寸，可分为毫米级气泡、微米级气泡(微泡)和纳米级气泡(后文亦称“纳米气泡”)。气泡的大小对于传热、传质、化学反应动力学及气液界面的热力学平衡具有显著的影响。减小气泡的尺寸可促进传热、传质、显著改变热力学平衡、加速在气液界面发生的化学反应。较之微米级气泡、毫米级气泡或更大的气泡，纳米级气泡具有明显的优势。众所周知，单位体积内气泡的比表面积与气泡的大小成反比(L.Albright，Albright’sChemicalEngineeringHandbook，CRCPress，2008)。因此，纳米级气泡的比表面积是微米级气泡比表面积的约1000倍，是毫米级气泡比表面积的约100万倍。比表面积越大就意味着气、液体之间的界面面积越大，传热传质的速率越快。另外，气泡的上升速度与气泡大小的平方成正比(D.G.Karamanev,AIChEJ.40(8),1418(1994))。因此，纳米级气泡的上升速度是微米级气泡的约百万分之一，是毫米级气泡的约万亿分之一。直径小于1微米的气泡，因其浮力太小，通常为随机布朗运动状态。气体可在液体中停留很长时间，因此可被充分利用以进行高效的传质。另外，在气液界面表面张力的作用下，如果气泡能够保持完好未被破坏，那么气泡内的气压与气泡的大小成反比(J.Holocher,F.Peeters,W.Aeschback-Hertig,W.Kinzelback,R.Kipfer,Environ.Sci.Technol.37,1337，(2003))。因而，纳米气泡可维持的气压是微米气泡的1000倍，为毫米气泡的100万倍。气泡内的气压越高，传质的速率越快。现有技术已知含有氧气的纳米级气泡可产生用于降解水中污染物的活性氧物质(T.L.Hwang,C.L.Fang,S.A.Al-Suwayeh,L.J.Yang,J.Y.Yang,ToxicolLett.203(2),172，(2011))。高活性自由基还具备很强的破乳功能。纳米级气泡可聚结跟纳米气泡大小(<1μm)相近的乳化油滴，而微米气泡或毫米气泡将难以完成此类聚结。在研究实验室内，可以通过电解的方式生成纳米气泡(K.Kikuchi,Y.Tanaka,Y.Saihara,M.Maeda,M.KawamuraandZ.Ogumi,J.ColloidInterfaceSci.298,914-919(2006)；K.Kikuchi,S.Nagata,Y.Tanaka,Y.Saihara,Z.Ogumi,J.Electroanal.Chem.600,303-310(2007)；K.Kikuchi,A.Ioka,T.Okua,Y.Tanaka,Y.SaiharaandZ.Ogumi,J.ColloidInterfaceSci.329,306-309(2009))。纳米气泡也可通过使用表面活性剂和声波降解法来产生，并已被应用于科学研究(Z.Xing,J.Wang,H.Ke,B.Zhao,X.Yue,Z.Dai,andJ.Liu,Nanotechnology21,14(2010)。这种方法生成的纳米气泡可以作为超声造影剂使用，也可以用于靶向给药(S.SirsiandM.Borden,BubbleSci.Eng.Technol.1,3(2009))。但是，在水处理等普通工业领域以及医疗、美容产业等普通服务业领域，特别是市政污水处理、工业废水处理、天然水体的复氧、黑臭水体治理、煤炭洗煤工艺、油气田水油分离、医疗美容、农业及水产养殖业等领域，仍然急需一种更加方便的、成本更低的纳米气泡形成系统和方法，以便以可接受的成本形成纳米气泡从而扩宽其应用范围。中国专利申请公开CN105457546A介绍一种纳米级微小气泡水二级气液混合泵，结构复杂，无法实现大通量工艺要求。另外，CN205045842U、CN204803069U、CN204752239U、CN105417674A、CN105289219A、CN105347519A、CN104710002A、CN105240269A、CN105293673A、CN203862408U、CN203946901U、CN203976498U、CN204134485U、CN204162498U、CN204097182U、CN105233643A、CN204159287U等公开的各种纳米气泡形成装置，或者难以形成真正的纳米气泡，或者存在结构复杂、精度不高、效率低、能耗高等各种问题，因而难以大规模推广应用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种新型的纳米气泡形成方法和系统。本专利技术的另一个目的是提供一种新型的将气体以纳米气泡的形式溶于水中的方法和系统。本专利技术的另一个额外目的在于提供一种效率高、操作方便的新型的纳米气泡形成方法和系统。在一个方面，本专利技术提供了一种生成含有纳米级气泡的液体的方法(即，将气体以纳米气泡的形式溶于水中的方法)，其包括三个步骤：第一步，将液体通过雾化喷嘴引至含有气体的加压容器内，液体在加压容器内形成液滴，气体在高于大气压的压力下扩散到液滴中；第二步，将加压容器内的含气液体送至狭小空间(所述空间至少一个维度尺寸小于20毫米)；第三步，将含气液体从狭小空间喷射至低于狭小空间压力的开放环境内。在另一个方面，本专利技术提供了一种用于生成含有纳米级气泡的液体的设备(即，将气体以纳米气泡的形式溶于水中的系统)，其包括2个主要组件：第一个组件包括用于容纳气体和混合气液两相的压力容器和用于将液体输送至压力容器的雾化喷嘴；第二个组件包括带有输送喷嘴的与第一个组件连接的管路，该输送喷嘴含有一个或多个毛细管或一个或多个夹在两个或多个板面之间的通道，所述毛细管或通道至少在一个维度上的尺寸小于20mm。根据本专利技术的用于生成含有纳米级气泡的液体的设备和方法可以具有以下一个或多个优势：1.设备结构简单、操作方便；2.成本低；3.设备可以有多种变型，根据实际应用场合的需要容易进行适应性调整和改变，因此适应范围广，例如可以用于市政污水处理、工业废水处理、天然水体的复氧、黑臭水体治理、煤炭洗煤工艺、油气田水油分离、医疗美容、农业及水产养殖业等领域。具体实施方式根据本申请说明书和权利要求中所述(包括实施例中所述)，除非特殊指明，这里使用的涉及工艺参数的数字前都可以加上“大约”这个词汇，即使有的地方没有明确使用“大约”这个词汇。同时，所有以数值范围形式描述的区间区域包括所描述区域内的所有子区域，特别是包括由本文所公开的任意具体数值作为区间端点所构成的子区间。根据本说明书所述，除非另有说明，否则当按照上述方式表达时，术语“约”或“大约”是指所示范围、所示值或所示结构的±20％、更优选±10％、进一步优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生成含有纳米级气泡的液体的方法，包括：1)将液体通过雾化喷嘴引入含有气体的压力容器内，液体在压力容器内形成液滴，气体在高于大气压的压力下扩散到液滴中；2)将压力容器内的含气液体送至狭小空间，且所述空间至少一个维度的尺寸小于20毫米；3)将含气液体从狭小空间喷射至低于狭小空间压力的开放环境内。

【技术特征摘要】
1.一种生成含有纳米级气泡的液体的方法，包括：1)将液体通过雾化喷嘴引入含有气体的压力容器内，液体在压力容器内形成液滴，气体在高于大气压的压力下扩散到液滴中；2)将压力容器内的含气液体送至狭小空间，且所述空间至少一个维度的尺寸小于20毫米；3)将含气液体从狭小空间喷射至低于狭小空间压力的开放环境内。2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤1)中气液体混合时的绝对压强在0.15MPa至100MPa之间，优选在0.2MPa至20MPa之间，更优选在0.3MPa至10MPa之间。3.根据权利要求1或2所述的方法，所述狭小空间所述至少一个维度的尺寸在1微米至20毫米之间，优选在100微米至10毫米之间，更优选在0.5毫米至5毫米之间。4.根据权利要求1或2所述的方法，所述狭小空间是内直径在1微米至20毫米之间、优选在100微米至10毫米之间、最优选在0.5毫米至5毫米之间的毛细管。5.根据权利要求1或2所述的方法，所述狭小空间是夹在两个或多个板面之间的通道，通道的横截面轮廓是圆形、正方形、矩形、椭圆形或三角形，且所述通道在至少一个维度上尺寸在1微米至20毫米之间，优选在100微米至10毫米之间，最优选在0.5毫米至5毫米之间。6.根据权利要求1或2所述的方法，所述狭小空间与液体接触的表面的固有液体接触角应小于60°、优选小于40°、最优选小于30°，从而允许液体浸润所述所述狭小空间的所述表面。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：高地，
申请(专利权)人：高地，
类型：发明
国别省市：美国,US