一種利用反氣泡制備微泡的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微泡制備領(lǐng)域，尤其涉及一種利用反氣泡制備微泡的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微泡具有氣泡尺寸小、比表面積大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特點(diǎn)。在水中通入微納米氣泡，可有效分離水中固體雜質(zhì)、快速提高水體氧濃度、殺滅水中有害病菌、降低固液界面摩擦系數(shù)，從而在氣浮凈水技術(shù)、水體增氧、臭氧水消毒和微納氣泡減阻等領(lǐng)域中應(yīng)用中比宏觀氣泡有更高的效率，應(yīng)用前景也更為廣闊。
[0003]微泡的制備有多種方法，比如利用流體的剪切力或者壓力梯度將氣泡打碎成更小的微泡的氣泡破碎法；利用超聲波作用于氣泡或者氣體出口產(chǎn)生進(jìn)而產(chǎn)生微泡的超聲法；借助微通道產(chǎn)生微泡的微流體法；通過液壓的變化使原先溶解在水中的氣泡以微泡的形式析出的溶解氣法。
[0004]現(xiàn)有的微泡制備方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，需要很高的流速和壓力，運(yùn)行維護(hù)不便，大大提高了用戶的使用成本。開發(fā)新型的微泡制備技術(shù)，以彌補(bǔ)現(xiàn)有微泡制備技術(shù)的不足，增加微泡制備技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域成為了當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低成本、低能耗、性能優(yōu)越、適于推廣的微泡的制備裝置及方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種利用反氣泡制備微泡的裝置，該裝置包括:反氣泡發(fā)生器、反氣泡破碎室和大氣泡過濾器；
[0007]反氣泡發(fā)生器用于在流體中產(chǎn)生反氣泡；
[0008]反氣泡破碎室用于將一種或多種力耦合形成外力場；
[0009]反氣泡的氣膜在外力場的作用下破碎形成微泡；
[0010]微泡在大氣泡過濾器溢流界面的過濾作用下析出。
[0011]優(yōu)選地，反氣泡發(fā)生器包括射流或液滴產(chǎn)生系統(tǒng)、容器和液膜產(chǎn)生裝置。
[0012]優(yōu)選地，射流或液滴產(chǎn)生系統(tǒng)包括噴嘴，用于在氣體中形成射流，由此產(chǎn)生液滴。
[0013]優(yōu)選地，射流或液滴產(chǎn)生系統(tǒng)包括滴流嘴，凝結(jié)器或振動器，用于產(chǎn)生液滴。
[0014]優(yōu)選地，液膜產(chǎn)生裝置包括液膜框架，用于形成液膜。
[0015]優(yōu)選地，容器具有泡沫層。
[0016]優(yōu)選地，反氣泡破碎室包括沖擊波發(fā)生器、電極和攪拌器中的一種或多種。
[0017]優(yōu)選地，利用反氣泡制備微泡的裝置中的流體具有表面活性劑。
[0018]優(yōu)選地，反氣泡發(fā)生器、反氣泡破碎室和大氣泡過濾器依次連通形成循環(huán)系統(tǒng)。
[0019]第二方面本發(fā)明提供了一種利用反氣泡制備微泡的方法，該方法包括:
[0020]通過反氣泡發(fā)生器在流體中產(chǎn)生反氣泡；
[0021]反氣泡的氣膜在外力場的作用下破碎形成微泡，外力場為一種或多種力的耦合；
[0022]通過大氣泡過濾器的氣液溢流界面析出微泡。
[0023]優(yōu)選地，反氣泡的產(chǎn)生具體包括流體在氣體中產(chǎn)生射流或液滴，在重力的作用下，射流或液滴經(jīng)液膜向液體運(yùn)動，并形成反氣泡。
[0024]優(yōu)選地，流體在氣體中產(chǎn)生射流或液滴具體包括，流體在墜落過程中由于瑞利-帕拉廷不穩(wěn)定性形成散落的射流或液滴。
[0025]優(yōu)選地，流體通過噴嘴在空氣中形成射流。
[0026]優(yōu)選地，流體通過滴流嘴，凝結(jié)器或振動器在空氣中形成液滴。
[0027]優(yōu)選地，通過氣流法，攪動法或溶解氣法在液體上方產(chǎn)生泡沫層。
[0028]優(yōu)選地，外力場為沖擊波、電場力和機(jī)械攪拌力中的一個或多個的復(fù)合。
[0029]優(yōu)選地，利用反氣泡制備微泡的方法還包括:向所述流體中加入表面活性劑。
[0030]優(yōu)選地，通過控制流體的循環(huán)，從而調(diào)節(jié)微泡的含量。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了利用反氣泡制備微泡的裝置及方法，通過反氣泡發(fā)生器產(chǎn)生反氣泡，并通過外立場使反氣泡的氣膜破碎形成微米級到毫米級尺寸不同的微泡，經(jīng)過篩選可以得到所需尺寸的微泡，控制反應(yīng)的循環(huán)可以控制流體中微泡的含量。本發(fā)明經(jīng)過篩選和流體的循環(huán)，高效穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)了微米級的微泡的大量制備。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種利用反氣泡制備微泡的裝置示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的反氣泡發(fā)生器的裝置示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種利用反氣泡制備微泡的方法示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的反氣泡氣膜形成微泡原理示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)、清楚、完整的說明，附圖中，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0037]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種利用反氣泡制備微泡的裝置示意圖。如圖1所示，該裝置包括:反氣泡發(fā)生器1、反氣泡破碎室2和大氣泡過濾器3，其中，反氣泡發(fā)生器I用于在流體中產(chǎn)生反氣泡，反氣泡破碎室2用于形成耦合外力場，反氣泡的氣膜在外力場的作用下破碎形成微泡，大氣泡過濾器3具有氣液溢流界面，用于析出微泡中體積較大的氣泡。
[0038]如圖2所示，反氣泡發(fā)生器I包括射流或液滴產(chǎn)生系統(tǒng)8、容器9和液膜產(chǎn)生裝置10。射流或液滴產(chǎn)生系統(tǒng)可以包括至少一個噴嘴，用于形成若干在氣體中產(chǎn)生射流。該系統(tǒng)可以采用水栗從進(jìn)管栗取流體，并且通過管道向噴流嘴提供流體，并且進(jìn)一步采用閥門進(jìn)行流體速度和流體量的調(diào)節(jié)。除了由射流散落形成液滴外，也可以采取滴水法、凝結(jié)法或振動法產(chǎn)生單個或多個液滴。滴水法中，依靠重力和表面張力使液滴從滴流嘴處斷裂脫落而成。在凝結(jié)法，水汽在密閉空間空化飽和后在密閉容器頂部凝結(jié)成水，使水滴增大，直至脫落形成液滴(脫落原理與滴水法一樣)。在振動法，通過振動使液面失穩(wěn)，形成液滴。流體可以是無機(jī)溶液(例如水、液氨、液態(tài)二氧化碳等)，也可以是有機(jī)溶液(苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯等)；可以是溶液也可以是乳化液或懸浮液；可以添加各種溶質(zhì)(如鹽等)、染料、熒光物質(zhì)、催化劑或反應(yīng)物、顆粒物、磁性物質(zhì)或可磁化的物質(zhì)等等，對流體的描述不限于此。液膜產(chǎn)生裝置10可以是至少一個噴流嘴，用于向容器9中的液體里流輸送氣體，并在容器9中的液體中形成氣泡。氣泡上升，在液面上形成泡沫。進(jìn)而，形成漂浮氣液界面上的泡沫層。如果與氣泡的液膜接觸之前射流散落成液滴，那么由于表面活性劑的作用，在液滴與氣泡的液膜之間形成了一個氣體層。隨著液滴的下墜和氣泡液膜的變形，氣泡之間的氣泡液膜逐漸包裹住液滴，并在液滴外側(cè)和液膜內(nèi)側(cè)之間形成了一個氣膜。由氣膜包裹的液滴在氣泡交接液膜面上或者多個氣泡的交接軸上繼續(xù)下墜與液面接觸并進(jìn)入液體內(nèi)部，隨后掙脫液膜的束縛，形成反氣泡。優(yōu)選地，氣體可以是空氣，也可以根據(jù)惰性、密度、溶解度等標(biāo)準(zhǔn)選擇其他氣體(如氬氣、氮?dú)狻⒘虻?。
[0039]反氣泡破碎室2包括沖擊波發(fā)生器4、電極6和攪拌器5中的一種或多種。沖擊波發(fā)生器4用于向反氣泡破碎室2的流體中發(fā)射沖擊波，使反氣泡破碎室2中的反氣泡破碎形成微泡。反氣泡發(fā)生器I產(chǎn)生的反氣泡進(jìn)入反氣泡破碎室2形成氣液相互混合的體系，由于電極6產(chǎn)生的電場的極化作用，使得較大的液滴、氣泡破裂，形成微泡。攪拌器5利用電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)一步使反氣泡及較大的氣泡破碎形成微泡。優(yōu)選地，流體可以是有機(jī)物、無機(jī)物、溶液、高