基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置及流體制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，包括鼓風(fēng)機(jī)、進(jìn)氣管、水管、水泵、液膜凈化器、第一頂蓋、分液器、第一除霧隔網(wǎng)、導(dǎo)流絲、連通管、剪切凈化器、氣泡切割機(jī)、電動機(jī)、排氣管、負(fù)離子發(fā)生器、消音器、第二頂蓋和第二除霧隔網(wǎng)；分液器的進(jìn)口端通過水管連接在液膜凈化器的底部，分液器的出口端設(shè)有通孔；導(dǎo)流絲的一端固定連接在分液器的通孔中，導(dǎo)流絲的另一端固定連接在液膜凈化器的壁面上；氣泡切割機(jī)位于剪切凈化器中，電動機(jī)的傳動軸與氣泡切割機(jī)連接；液膜凈化器和剪切凈化器中均設(shè)有碳黑納米流體。該凈化裝置能夠有效吸附空氣中的細(xì)顆粒物。同時(shí)還公開了流體制備方法，該方法制備的流體具有更好的分散穩(wěn)定性。
【專利說明】基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置及流體制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于空氣凈化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，涉及一種基于碳黑納米流體的空氣細(xì) 顆粒凈化裝置及流體制備方法，該凈化裝置尤其適用于空氣中PM2. 5粉塵、甲醛、硫化氫等 酸性氣體的凈化。

【背景技術(shù)】
[0002] 2013年2月，全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會將PM2. 5的中文名稱命名為細(xì)顆粒物。 細(xì)顆粒物的化學(xué)成分主要包括有機(jī)碳（0C)、元素碳（EC)、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽（Na+) 等。細(xì)顆粒物指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2. 5微米的顆粒物。它能較長時(shí) 間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重。
[0003] 雖然PM2. 5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質(zhì)量和能見度等有 重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害 物質(zhì)(例如，重金屬、微生物等)，且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和 大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。研究表明，顆粒越小對人體健康的危害越大。細(xì)顆粒物能飄到 較遠(yuǎn)的地方，因此影響范圍較大。細(xì)顆粒物對人體健康的危害要更大，因?yàn)橹睆皆叫?，進(jìn)入 呼吸道的部位越深。10 μ m直徑的顆粒物通常沉積在上呼吸道，2 μ m以下的可深入到細(xì)支 氣管和肺泡。細(xì)顆粒物進(jìn)入人體到肺泡后，直接影響肺的通氣功能，使機(jī)體容易處在缺氧狀 態(tài)。
[0004] 目前細(xì)顆粒物主要的應(yīng)對措施主要分為以下三種：1)過濾法，包括空調(diào)、加濕器、 空氣清新器等，優(yōu)點(diǎn)是明顯降低PM2. 5的濃度，缺點(diǎn)是濾膜需要清洗或更換。2)水吸附法。 超聲霧化器、室內(nèi)水簾、水池、魚缸等，能夠吸收空氣中的親水性PM2. 5，缺點(diǎn)是增加濕度，憎 水性PM2. 5不能有效去除。3)植物吸收法。植物葉片具有較大的表面積，能夠吸收有害氣 體和吸附PM2. 5,優(yōu)點(diǎn)是能產(chǎn)生有利氣體，缺點(diǎn)是吸收效率低，有些植物會產(chǎn)生有害氣體。
[0005] 傳統(tǒng)的空氣凈化器是利用固體(態(tài)）網(wǎng)格膜（即應(yīng)用不同的網(wǎng)格膜/布)，采取"阻 擋"、"隔離"、"吸收"等方法，濾除掉空氣中的細(xì)微顆粒，達(dá)到"凈化"空氣的目的。實(shí)際上 這種網(wǎng)格膜/布僅僅只對直徑>3. 0 μ m的顆粒物有效，可以將其"濾阻"在外，而對直徑 彡2. 5 μ m的PM2. 5顆粒過濾。現(xiàn)在國際上已有先進(jìn)的高效凈化器膜是HEPA/ULPA組合固 態(tài)膜（硼硅纖維紙裝膜），但也只能濾阻部分的PM2. 5細(xì)顆粒，對PM2. 0以下的顆粒濾阻 效果差，尤其是其功能衰減周期較快，一般只能一次性使用，從而使這種過濾器很難廣泛應(yīng) 用、普惠大眾?？梢钥闯?，現(xiàn)有澀北對于空氣中的細(xì)顆粒凈化都存在這一定的缺陷，研究低 成本、高效的細(xì)顆粒凈化裝置是一項(xiàng)非常有意義的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于碳黑納米流體的空氣細(xì) 顆粒凈化裝置，能夠有效吸附空氣中的細(xì)顆粒物，且該凈化裝置中碳黑納米流體凈化液能 穩(wěn)定存在，不易團(tuán)聚，可長期使用。同時(shí)還提供一種碳黑納米流體的制備方法，該方法簡單 易操作，能夠有效獲得所需質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳黑納米流體，且具有更好的分散穩(wěn)定性。
[0007] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，該凈化裝置包括鼓風(fēng)機(jī)、進(jìn)氣管、水 管、水泵、液膜凈化器、第一頂蓋、分液器、第一除霧隔網(wǎng)、導(dǎo)流絲、連通管、剪切凈化器、氣泡 切割機(jī)、電動機(jī)、排氣管、負(fù)離子發(fā)生器、消音器、第二頂蓋和第二除霧隔網(wǎng)，所述的鼓風(fēng)機(jī) 通過進(jìn)氣管連接在液膜凈化器的底部，分液器固定連接在液膜凈化器的壁面上，分液器的 進(jìn)口端通過水管連接在液膜凈化器的底部，分液器的出口端設(shè)有成排布設(shè)的通孔；水管中 設(shè)有水泵，水泵的進(jìn)口端朝向液膜凈化器的底部，水泵的出口端朝向分液器的進(jìn)口端；導(dǎo)流 絲位于液膜凈化器中，且導(dǎo)流絲傾斜布設(shè)，導(dǎo)流絲的一端固定連接在分液器出口端的通孔 中，導(dǎo)流絲的另一端固定連接在液膜凈化器的壁面上；第一頂蓋固定連接在液膜凈化器的 頂端，第一除霧隔網(wǎng)固定連接在液膜凈化器的內(nèi)腔中，且第一除霧隔網(wǎng)位于第一頂蓋和導(dǎo) 流絲之間；連通管的一端位于液膜凈化器中，且位于第一除霧隔網(wǎng)上方，連通管的另一端穿 過第一頂蓋，固定連接在剪切凈化器的底部；氣泡切割機(jī)位于剪切凈化器中，第二頂蓋固定 連接在剪切凈化器的頂端，第二除霧隔網(wǎng)固定連接在剪切凈化器的內(nèi)腔中，排氣管設(shè)置在 第二頂蓋中，排氣管連通剪切凈化器的內(nèi)側(cè)和外側(cè)；排氣管管路上方依次安裝有消音器和 負(fù)離子發(fā)生器；電動機(jī)固定在第二頂蓋上，且電動機(jī)的傳動軸穿過第二頂蓋與氣泡切割機(jī) 連接；液膜凈化器和剪切凈化器中均設(shè)有碳黑納米流體，且液膜凈化器中的碳黑納米流體 的液面位于導(dǎo)流絲下方，剪切凈化器中的碳黑納米流體的液面位于氣泡切割機(jī)頂面和第二 除霧隔網(wǎng)之間。
[0008] 進(jìn)一步，所述的氣泡切割機(jī)包括轉(zhuǎn)軸、軸向切割網(wǎng)和周向切割網(wǎng)，軸向切割網(wǎng)和周 向切割網(wǎng)分別固定連接在轉(zhuǎn)軸上，軸向切割網(wǎng)與轉(zhuǎn)軸相平行，周向切割網(wǎng)與轉(zhuǎn)軸相垂直，軸 向切割網(wǎng)和周向切割網(wǎng)分別由切割絲縱橫交錯(cuò)布設(shè)而成。
[0009] 進(jìn)一步，所述的切割絲的直徑為0. 3 - 0. 5mm，間距為0. 5 - 1mm。
[0010] 進(jìn)一步，所述的導(dǎo)流絲的直徑為1 一2mm，相鄰上下兩排導(dǎo)流絲的間距為20- 50mm，在每一排導(dǎo)流絲中，相鄰兩根導(dǎo)流絲的間距為1 一3mm。
[0011] 進(jìn)一步，所述的第一頂蓋和第二頂蓋為整體件。
[0012] 進(jìn)一步，所述的碳黑納米流體由碳黑球狀納米顆粒、分散劑、pH值調(diào)節(jié)劑和基液組 成，分散劑為0P-10乳化劑，pH值調(diào)節(jié)劑為NaOH，基液為純水，碳黑球狀納米顆粒占碳黑納 米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 2%，分散劑占碳黑納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 4%，NaOH占碳黑納米流 體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 004%，余量為純水。
[0013] 進(jìn)一步，所述的碳黑球狀納米顆粒的粒徑為20nm。
[0014] 一種上述的基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置中的流體制備方法，該制備 方法包括以下步驟： 步驟10)首先向純水中依次添加 NaOH粉末、0P-10乳化劑和碳黑球狀納米顆粒，形成 初始納米流體，初始納米流體中，碳黑球狀納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 5%，NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為0. 01%，0P-10乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ; 步驟20)利用恒溫磁力攪拌器，在溫度為20°C的環(huán)境下，攪拌初始納米流體120分鐘； 步驟30)在溫度為20°C的超聲水浴中，振蕩步驟20)處理后的初始納米流體30分鐘， 振蕩頻率為45kHz ; 步驟40)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟30)振蕩后的初始納米流體的吸光度 Ami ； 步驟50)將步驟30)處理后的初始納米流體靜置24小時(shí)，該初始納米流體分為上層未 沉降的納米流體和下層沉降的納米顆粒，然后將上層未沉降的納米流體分離出來； 步驟60)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟50)分離出來的納米流體的吸光度Aaf ; 步驟70)使用純水稀釋步驟50)分離出來的納米流體，稀釋比例為：分離出來的納米流 體質(zhì)量：加入的純水溶液質(zhì)量=Aini : (2. 5Aaf-Aini)，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%的碳黑納米流 體。
[0015] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果： (1)能夠有效吸附空氣中的細(xì)顆粒物。本發(fā)明中采用的碳黑納米流體中的碳黑納米粒 子屬于憎水性固體顆粒。通過0P-10表面活性劑，碳黑納米粒子能很好分散在堿性溶液中。 這樣，空氣中的細(xì)顆粒物在碳黑納米粒子強(qiáng)烈的吸附作用下，一起"溶"于堿性溶液，特別對 于憎水性細(xì)顆粒有較好的凈化作用。同時(shí)，本發(fā)明利用納米流體中納米粒子的小尺寸效應(yīng) 和在液體中強(qiáng)烈的擴(kuò)散能力，使得只需很少量的納米粒子就能均勻、穩(wěn)定的分布到整個(gè)液 體中。細(xì)顆粒對于宏觀來說非常微小，但是對于納米粒子來說卻是極大顆粒。本發(fā)明通過 液膜凈化和剪切凈化過程使得液體和其中的納米粒子充分與空氣中的細(xì)顆粒接觸，使得親 水性細(xì)顆粒溶解于溶液中，而憎水性細(xì)顆粒則由于吸附了同樣憎水性的碳黑納米粒子(碳 黑納米粒子由于0P-10分散劑的作用已能很好分散與堿性溶液中)，在碳黑納米粒子的帶動 下，使得憎水性細(xì)顆粒也能一起"溶"于堿性溶液。
[0016] (2)碳黑納米流體具有良好的分散穩(wěn)定性。為了獲得更為穩(wěn)定分散的納米流體，本 發(fā)明的流體制備方法中，通過添加0P-10分散劑和調(diào)節(jié)pH值，利用納米流體相對于微米懸 浮液的更穩(wěn)定分散性能，使得納米流體凈化液能穩(wěn)定存在，不易團(tuán)聚，可長期使用。而溶液 中的NaOH可起到促進(jìn)碳黑納米粒子穩(wěn)定分散，并能有效去除空氣中包含二氧化碳、甲醛、 硫化氫等酸性分子團(tuán)的顆粒。
[0017] (3)本發(fā)明在液膜凈化腔中設(shè)定了斜置的導(dǎo)流絲，導(dǎo)流絲其直徑為l-2mm，導(dǎo)流絲 間距為l-3mm，可使得納米流體在其表面張力作用下覆蓋導(dǎo)流絲之間的間隙，并沿著導(dǎo)流絲 向下流動，使得液膜的雙面均接觸待凈化的空氣，增大接觸面積，而且空氣穿過導(dǎo)流絲之間 的空隙時(shí)，可更為充分與納米流體接觸。
[0018] (4)本發(fā)明在剪切凈化器中設(shè)定筒狀氣泡切割機(jī)。該氣泡切割機(jī)包含了軸向切割 網(wǎng)和周向切割網(wǎng)，可使得進(jìn)入剪切凈化器的氣泡在軸向和周向雙向切割，增大了氣泡的切 割效率，使得氣泡更有效地被切割成更小，并更好的"沐浴"與納米流體中。同時(shí)，電動機(jī)旋 轉(zhuǎn)使得納米粒子進(jìn)行高速的周向流動，使得納米粒子擊穿氣泡的能力加強(qiáng)，并使得納米粒 子在氣泡中的細(xì)顆粒更好的接觸吸附，能更好的"溶"于堿性基液中。
[0019] (5)本發(fā)明采用了液膜凈化器和剪切凈化器兩級凈化，可使得體積相對較大的顆 粒和包含二氧化碳、甲醛、硫化氫等酸性分子團(tuán)的顆粒，以及硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽等 易溶于水的顆粒可以很好地在液膜凈化腔內(nèi)進(jìn)行凈化；而非常細(xì)小的顆粒和憎水性顆粒 則主要通過剪切凈化腔內(nèi)的納米流體進(jìn)行凈化，由于液膜凈化腔內(nèi)納米流體使用量相對較 少，可以有效避免較大的顆粒和包含二氧化碳、甲醛、硫化氫等酸性分子團(tuán)的顆粒，以及硝 酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽等對用量較大的剪切凈化腔內(nèi)納米流體的影響，延長用量較大的 剪切凈化腔內(nèi)納米流體的使用時(shí)間，只需跟換液膜凈化腔內(nèi)的少量納米流體即可。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明中氣泡切割機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3為本發(fā)明提供的試驗(yàn)的比吸光度曲線圖。
[0023] 圖中有：鼓風(fēng)機(jī)1、進(jìn)氣管2、水管3、水泵4、液膜凈化器5、第一頂蓋6、分液器7、 第一除霧隔網(wǎng)8、導(dǎo)流絲9、連通管10、剪切凈化器11、氣泡切割機(jī)12、電動機(jī)13、排氣管14、 負(fù)離子發(fā)生器15、消音器16、碳黑納米流體17、第二頂蓋18、第二除霧隔網(wǎng)19、軸向切割網(wǎng) 121、周向切割網(wǎng)122。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 如圖1至圖3所示，本發(fā)明的一種基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，包括 鼓風(fēng)機(jī)1、進(jìn)氣管2、水管3、水泵4、液膜凈化器5、第一頂蓋6、分液器7、第一除霧隔網(wǎng)8、導(dǎo) 流絲9、連通管10、剪切凈化器11、氣泡切割機(jī)12、電動機(jī)13、排氣管14、負(fù)離子發(fā)生器15、 消音器16、第二頂蓋18和第二除霧隔網(wǎng)19。鼓風(fēng)機(jī)1通過進(jìn)氣管2連接在液膜凈化器5 的底部。分液器7固定連接在液膜凈化器5的壁面上，分液器7的進(jìn)口端通過水管3連接 在液膜凈化器5的底部，分液器7的出口端設(shè)有成排布設(shè)的通孔。水管3中設(shè)有水泵4,水 泵4的進(jìn)口端朝向液膜凈化器5的底部，水泵4的出口端朝向分液器7的進(jìn)口端。導(dǎo)流絲9 位于液膜凈化器5中，且導(dǎo)流絲9傾斜布設(shè)。導(dǎo)流絲9的一端固定連接在分液器7出口端 的通孔中，導(dǎo)流絲9的另一端固定連接在液膜凈化器5的壁面上。第一頂蓋6固定連接在 液膜凈化器5的頂端，第一除霧隔網(wǎng)8固定連接在液膜凈化器5的內(nèi)腔中，且第一除霧隔網(wǎng) 8位于第一頂蓋6和導(dǎo)流絲9之間。連通管10的一端位于液膜凈化器5中，且位于第一除 霧隔網(wǎng)8上方，連通管10的另一端穿過第一頂蓋6,固定連接在剪切凈化器11的底部。氣 泡切割機(jī)12位于剪切凈化器11中。第二頂蓋18固定連接在剪切凈化器11的頂端，第二 除霧隔網(wǎng)19固定連接在剪切凈化器11的內(nèi)腔中。排氣管14設(shè)置在第二頂蓋18中。排氣 管14連通剪切凈化器11的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。排氣管14管路上方依次安裝有消音器15和負(fù)離 子發(fā)生器16。消音器15位于排氣管14和負(fù)離子發(fā)生器16之間。電動機(jī)13固定在第二頂 蓋18上，且電動機(jī)13的傳動軸穿過第二頂蓋18與氣泡切割機(jī)12連接。液膜凈化器5和 剪切凈化器11中均設(shè)有碳黑納米流體17,且液膜凈化器5中的碳黑納米流體17的液面位 于導(dǎo)流絲9下方。剪切凈化器11中的碳黑納米流體17的液面位于氣泡切割機(jī)12頂面和 第二除霧隔網(wǎng)19之間。
[0025] 進(jìn)一步，所述的氣泡切割機(jī)12包括轉(zhuǎn)軸、軸向切割網(wǎng)121和周向切割網(wǎng)122。軸向 切割網(wǎng)121和周向切割網(wǎng)122分別固定連接在轉(zhuǎn)軸上。軸向切割網(wǎng)121與轉(zhuǎn)軸相平行，周 向切割網(wǎng)122與轉(zhuǎn)軸相垂直，軸向切割網(wǎng)121和周向切割網(wǎng)122分別由切割絲縱橫交錯(cuò)布 設(shè)而成。該氣泡切割機(jī)12包含軸向切割網(wǎng)121和周向切割網(wǎng)122,可使得進(jìn)入剪切凈化器 11中的氣泡在軸向和周向雙向切割，增大了氣泡的切割效率，使得氣泡更有效地被切割成 更小，并更好的"沐浴"與碳黑納米流體中。作為優(yōu)選，所述的切割絲的直徑為〇. 3 - 0. 5_， 間距為0· 5 -1mm。
[0026] 進(jìn)一步，所述的導(dǎo)流絲9的直徑為1 一2mm，相鄰上下兩排導(dǎo)流絲的間距為20- 50mm，在每一排導(dǎo)流絲中，相鄰兩根導(dǎo)流絲9的間距為1 一3mm。將導(dǎo)流絲9設(shè)置為這些參 數(shù)，可使得碳黑納米流體17在其表面張力作用下覆蓋導(dǎo)流絲9之間的間隙，并沿著導(dǎo)流絲 9向下流動，使得液膜的雙面均接觸待凈化空氣,增大接觸面積，而且待凈化空氣穿過導(dǎo)流 絲9之間的空隙時(shí)，可更為充分與碳黑納米流體17接觸，從導(dǎo)流絲9底部流出的碳黑納米 流體再通過水泵4打入分液器7,并沿著分液器7的通孔孔再次流到導(dǎo)流絲9上，在導(dǎo)流絲 9外形成向下流動的液膜。
[0027] 進(jìn)一步，所述的第一頂蓋6和第二頂蓋18為整體件。將第一頂蓋6和第二頂蓋18 設(shè)為整體件，便于制造。
[0028] 進(jìn)一步，所述的碳黑納米流體17由碳黑球狀納米顆粒、分散劑、pH值調(diào)節(jié)劑和基 液組成，分散劑為0P-10乳化劑，pH值調(diào)節(jié)劑為NaOH，基液為純水，碳黑球狀納米顆粒占碳 黑納米流體17的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%，分散劑占碳黑納米流體17的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 4%，NaOH占 碳黑納米流體17的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 004%，余量為純水。碳黑球狀納米顆粒的粒徑為20nm。
[0029] 本發(fā)明的基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置的工作過程如下： 待凈化的空氣由鼓風(fēng)機(jī)1吸入，并通過進(jìn)氣管2打入液膜凈化器5底部，穿過位于液膜 凈化器5底部的碳黑納米流體17和位于液膜凈化器5中部包覆在導(dǎo)流絲9外的液膜層，經(jīng) 過第一除霧隔網(wǎng)8后進(jìn)入連通管10的入口。
[0030] 在液膜凈化器5的多層液膜凈化下，體積相對較大的顆粒和包含二氧化碳、甲醛、 硫化氫等酸性分子團(tuán)的顆粒，以及硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽等易溶于水的顆?？梢院芎?地"溶"于液膜凈化器5的碳黑納米流體中。非常細(xì)小的顆粒和憎水性顆粒則主要通過剪 切凈化器11內(nèi)的碳黑納米流體進(jìn)行凈化。
[0031] 經(jīng)過液膜凈化器5凈化處理后的氣體，從液膜凈化器5內(nèi)出來后，通過連通管10 進(jìn)入剪切凈化器11中。電動機(jī)12帶動氣泡切割機(jī)12旋轉(zhuǎn)。氣體在剪切凈化器11內(nèi)的氣 泡切割機(jī)12的剪切作用下，裂解為無數(shù)小氣泡。電動機(jī)12旋轉(zhuǎn)使得碳黑納米粒子進(jìn)行高 速的周向流動，使得納米粒子擊穿氣泡的能力加強(qiáng)，并使得納米粒子與氣泡中的細(xì)顆粒更 好的接觸吸附。對于常規(guī)尺寸來說，細(xì)顆粒由于非常微小難以捕捉，但對于納米顆粒來說， 細(xì)顆粒屬于體積很大的固體，納米粒子吸附著固體顆粒，并利用納米粒子吸附分散劑后的 親水作用，使得細(xì)顆粒能更好的一起"溶"于堿性基液中。經(jīng)過液膜凈化器5和剪切凈化器 11兩級凈化后的空氣，經(jīng)過第二除霧隔網(wǎng)19后進(jìn)入空氣出口，并流經(jīng)負(fù)離子發(fā)生器15和消 音器16后完成整個(gè)凈化過程。
[0032] 本發(fā)明的凈化裝置中，利用碳黑納米流體相對于微米懸浮液的更穩(wěn)定分散性，能 使得碳黑納米流體凈化液能穩(wěn)定存在，不易團(tuán)聚，可長期使用。同時(shí)，利用碳黑納米流體 中納米粒子的小尺寸效應(yīng)和在液體中強(qiáng)烈的擴(kuò)散能力，使得只需很少量的納米粒子就能均 勻、穩(wěn)定的分布到整個(gè)液體中。利用納米流體中納米粒子強(qiáng)烈的吸附能力，可使得空氣中的 細(xì)顆粒物在碳黑納米粒子的吸附作用下，"溶"于水中。
[0033] 上述碳黑納米流體的制備方法，包括以下步驟： 步驟10)首先向純水中依次添加 NaOH粉末、0P-10乳化劑和碳黑球狀納米顆粒，形成 初始納米流體，初始納米流體中，碳黑球狀納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 5%，NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為0. 01%，0P-10乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ; 步驟20)利用恒溫磁力攪拌器，在溫度為20°C的環(huán)境下，攪拌初始納米流體120分鐘； 步驟30)在溫度為20°C的超聲水浴中，振蕩步驟20)處理后的初始納米流體30分鐘， 振蕩頻率為45kHz ; 步驟40)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟30)振蕩后的初始納米流體的吸光度 Ami ； 步驟50)將步驟30)處理后的初始納米流體靜置24小時(shí)，該初始納米流體分為上層未 沉降的納米流體和下層沉降的納米顆粒，然后將上層未沉降的納米流體分離出來； 步驟60)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟50)分離出來的納米流體的吸光度Aaf ; 步驟70)使用純水稀釋步驟50)分離出來的納米流體，稀釋比例為：分離出來的納米流 體質(zhì)量：加入的純水溶液質(zhì)量=Aini : (2. 5Aaf-Aini)，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%的碳黑納米流 體。
[0034] 通過以上步驟制備的碳黑納米流體具備更好的分散穩(wěn)定性。將上述方法制備的碳 黑納米流體，和現(xiàn)有方法制備的碳黑納米流體進(jìn)行分散穩(wěn)定性比較?，F(xiàn)有方法包括：（a)直 接向純水中添加碳黑納米粒子，并攪拌均勻，碳黑納米粒子占整個(gè)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%。 (b)直接向純水中添加碳黑納米粒子和氫氧化鈉粉末，并攪拌均勻，碳黑納米粒子占整個(gè)溶 液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 2%，氫氧化鈉占整個(gè)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 004%。（c)直接向純水中添加 碳黑納米粒子和0P-10,并攪拌均勻，碳黑納米粒子占整個(gè)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 2%，0P-10 占整個(gè)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%。（d)直接向純水中添加碳黑納米粒子、氫氧化鈉粉末和 0P-10,并攪拌均勻，碳黑納米粒子占整個(gè)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 2%，氫氧化鈉占整個(gè)溶液的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 004%，0P-10占整個(gè)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%。
[0035] 將上述各種方法制備的碳黑納米流體靜置24小時(shí)后，進(jìn)行比吸光度的對比。比吸 光度為靜置一定時(shí)間后，納米流體的吸光度與制備初始的納米流體的吸光度之比。由于吸 光度是與納米流體中顆粒含量成正比，所以比吸光度的物理意義是靜置后穩(wěn)定分散的納米 粒子占所加總納米粒子的比重。根據(jù)測量初始吸光度和靜置一段時(shí)間后的吸光度，便可以 算出懸浮的顆粒與溶液中加入總的顆粒含量之比，從而可以對不同納米流體的分散穩(wěn)定性 進(jìn)行比較。比吸光度越大，其靜置后仍然穩(wěn)定分散和懸浮的納米粒子比重也就越大，納米流 體分散也就越穩(wěn)定。
[0036] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。在圖3中，上述方法（a)的比吸光度約為0. 02,方法（b)的 比吸光度約為〇. 08,方法（C)的比吸光度約為0. 26,方法（d)的比吸光度約為0. 86,而本發(fā) 明的方法的比吸光度約為〇. 97。因此，本發(fā)明的方法制備的碳黑納米流體比起其他方法獲 得的納米流體，其分散性和穩(wěn)定性更好，可更有效地利用納米粒子的微運(yùn)動和強(qiáng)吸附能力 來凈化空氣，還能有效延長納米流體的使用周期。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，其特征在于，該凈化裝置包括鼓風(fēng) 機(jī)（1)、進(jìn)氣管（2)、水管（3)、水泵（4)、液膜凈化器（5)、第一頂蓋（6)、分液器（7)、第一除 霧隔網(wǎng)（8)、導(dǎo)流絲（9)、連通管（10)、剪切凈化器（11)、氣泡切割機(jī)（12)、電動機(jī)（13)、排 氣管（14)、負(fù)離子發(fā)生器（15)、消音器（16)、第二頂蓋（18)和第二除霧隔網(wǎng)（19)，所述的鼓 風(fēng)機(jī)（1)通過進(jìn)氣管（2 )連接在液膜凈化器（5 )的底部，分液器（7 )固定連接在液膜凈化器 (5)的壁面上，分液器（7)的進(jìn)口端通過水管（3)連接在液膜凈化器（5)的底部，分液器（7) 的出口端設(shè)有成排布設(shè)的通孔；水管（3)中設(shè)有水泵（4)，水泵（4)的進(jìn)口端朝向液膜凈化 器（5)的底部，水泵（4)的出口端朝向分液器（7)的進(jìn)口端；導(dǎo)流絲（9)位于液膜凈化器（5) 中，且導(dǎo)流絲（9)傾斜布設(shè)，導(dǎo)流絲（9)的一端固定連接在分液器（7)出口端的通孔中，導(dǎo)流 絲（9)的另一端固定連接在液膜凈化器（5)的壁面上；第一頂蓋（6)固定連接在液膜凈化 器（5)的頂端，第一除霧隔網(wǎng)（8)固定連接在液膜凈化器（5)的內(nèi)腔中，且第一除霧隔網(wǎng)（8) 位于第一頂蓋（6)和導(dǎo)流絲（9)之間； 連通管（10)的一端位于液膜凈化器（5)中，且位于第一除霧隔網(wǎng)（8)上方，連通管（10) 的另一端穿過第一頂蓋（6)，固定連接在剪切凈化器（11)的底部；氣泡切割機(jī)（12)位于剪 切凈化器（11)中，第二頂蓋（18)固定連接在剪切凈化器（11)的頂端，第二除霧隔網(wǎng)（19)固 定連接在剪切凈化器（11)的內(nèi)腔中，排氣管（14)設(shè)置在第二頂蓋（18)中，排氣管（14)連 通剪切凈化器（11)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)；排氣管（14)管路上方依次安裝有消音器（15)和負(fù)離子 發(fā)生器（16);電動機(jī)（13)固定在第二頂蓋（18)上，且電動機(jī)（13)的傳動軸穿過第二頂蓋 (18)與氣泡切割機(jī)（12)連接； 液膜凈化器（5 )和剪切凈化器（11)中均設(shè)有碳黑納米流體（17 )，且液膜凈化器（5 )中 的碳黑納米流體（17 )的液面位于導(dǎo)流絲（9 )下方，剪切凈化器（11)中的碳黑納米流體（17 ) 的液面位于氣泡切割機(jī)（12)頂面和第二除霧隔網(wǎng)（19)之間。
2. 按照權(quán)利要求1所述的基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，其特征在于，所 述的氣泡切割機(jī)（12)包括轉(zhuǎn)軸、軸向切割網(wǎng)（121)和周向切割網(wǎng)（122)，軸向切割網(wǎng)（121) 和周向切割網(wǎng)（122)分別固定連接在轉(zhuǎn)軸上，軸向切割網(wǎng)（121)與轉(zhuǎn)軸相平行，周向切割網(wǎng) (122)與轉(zhuǎn)軸相垂直，軸向切割網(wǎng)（121)和周向切割網(wǎng)（122)分別由切割絲縱橫交錯(cuò)布設(shè)而 成。
3. 按照權(quán)利要求2所述的基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，其特征在于，所 述的切割絲的直徑為〇· 3 -0· 5mm，間距為0· 5 -1mm。
4. 按照權(quán)利要求1所述的基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，其特征在于，所 述的導(dǎo)流絲（9)的直徑為1 一2mm，相鄰上下兩排導(dǎo)流絲的間距為20- 50mm，在每一排導(dǎo)流 絲中，相鄰兩根導(dǎo)流絲（9)的間距為1 一3mm。
5. 按照權(quán)利要求1所述的基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，其特征在于，所 述的第一頂蓋（6)和第二頂蓋（18)為整體件。
6. 按照權(quán)利要求1所述的基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，其特征在于，所 述的碳黑納米流體（17)由碳黑球狀納米顆粒、分散劑、pH值調(diào)節(jié)劑和基液組成，分散劑為 0P-10乳化劑，pH值調(diào)節(jié)劑為NaOH，基液為純水，碳黑球狀納米顆粒占碳黑納米流體（17)的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 2%，分散劑占碳黑納米流體（17)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 4%，NaOH占碳黑納米流體 (17)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 004%，余量為純水。
7. 按照權(quán)利要求6所述的基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置，其特征在于，所 述的碳黑球狀納米顆粒的粒徑為20nm。
8. -種權(quán)利要求1所述的基于碳黑納米流體的空氣細(xì)顆粒凈化裝置中的流體制備方 法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟： 步驟10)首先向純水中依次添加 NaOH粉末、0P-10乳化劑和碳黑球狀納米顆粒，形成 初始納米流體，初始納米流體中，碳黑球狀納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 5%，NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為0. 01%，0P-10乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ; 步驟20)利用恒溫磁力攪拌器，在溫度為20°C的環(huán)境下，攪拌初始納米流體120分鐘； 步驟30)在溫度為20°C的超聲水浴中，振蕩步驟20)處理后的初始納米流體30分鐘， 振蕩頻率為45kHz ; 步驟40)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟30)振蕩后的初始納米流體的吸光度 Ami ； 步驟50)將步驟30)處理后的初始納米流體靜置24小時(shí)，該初始納米流體分為上層未 沉降的納米流體和下層沉降的納米顆粒，然后將上層未沉降的納米流體分離出來； 步驟60)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟50)分離出來的納米流體的吸光度Aaf ; 步驟70)使用純水稀釋步驟50)分離出來的納米流體，稀釋比例為：分離出來的納米流 體質(zhì)量：加入的純水溶液質(zhì)量=Aini : (2. 5Aaf-Aini)，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%的碳黑納米流 體。
【文檔編號】B01D53/62GK104056513SQ201410211867
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】楊柳, 陳謝磊, 杜塏, 金星, 張小松 申請人:東南大學(xué)