專利名稱：一種異位泡沫的發(fā)生方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異位泡沫發(fā)生技術(shù)，具體地說(shuō)是一種應(yīng)用于土壤沖洗修復(fù)領(lǐng)域的異位泡沫發(fā)生方法和發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
泡沫沖洗是在表面活性劑沖洗基礎(chǔ)之上開(kāi)發(fā)出的能夠顯著提高非均質(zhì)性介質(zhì)中沖洗液流動(dòng)均勻性(流動(dòng)波及率)的新型土壤原位修復(fù)技術(shù)。泡沫沖洗技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要在于能夠有效地控制沖洗液在土壤中的流動(dòng)，盡量消除土壤的非均質(zhì)性帶來(lái)的流動(dòng)非均勻現(xiàn)象，增加沖洗液與土壤污染物的接觸效率。目前有不少研究表明泡沫自身的特性如泡沫的含氣量、穩(wěn)定性以及泡沫尺寸是影響泡沫流動(dòng)的關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)前泡沫沖洗所使用的泡沫產(chǎn)生方式主要有兩大類，一類是將氣體與發(fā)泡劑同時(shí)通入土壤中，在土壤的孔隙中產(chǎn)生泡沫，這種方式產(chǎn)生的泡沫被稱為原位泡沫；另一類是在沖洗前人工生成泡沫，然后將泡沫注入土壤進(jìn)行沖洗，這種方式產(chǎn)生的泡沫叫作異位泡沫。其中異位泡沫一般都是采用向發(fā)泡劑中曝氣的方式或?qū)Πl(fā)泡劑震蕩攪拌產(chǎn)生泡沫，這種方式無(wú)法對(duì)產(chǎn)生的泡沫尺寸進(jìn)行控制，生成泡沫的含氣量、穩(wěn)定性隨機(jī)性也較大。因此采用傳統(tǒng)方式制造的異位泡沫進(jìn)行沖洗不能對(duì)生成泡沫的特性進(jìn)行控制，也不能解決沖洗液在非均質(zhì)介質(zhì)中不均勻流動(dòng)的問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)不足，提供一種能應(yīng)用于土壤污染沖洗的異位泡沫的發(fā)生方法， 成為亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以選擇性的制造具備一定特性的泡沫、有效地控制生成泡沫的含氣量及尺寸，配合發(fā)泡劑類型及濃度的選擇的、應(yīng)用于土壤污染沖洗的異位泡沫的發(fā)生方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供為實(shí)現(xiàn)上述方法而專門設(shè)計(jì)的泡沫發(fā)生裝置，該裝置中還存在相應(yīng)的氣液比監(jiān)控裝置，整套裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易操作，且能增加泡沫特性控制效率。本發(fā)明提供的制備異位泡沫的方法，通過(guò)流量計(jì)分別控制發(fā)泡劑的流速 0. 1 50mL/min和氣體的流速1 500mL/min，使氣、液按一定比例范圍100 35 100 0.2(mL/mL)進(jìn)行混合，混合的氣液可以通過(guò)調(diào)換不同內(nèi)部孔徑的多孔材料切割成粒徑范圍10 μ m 3500 μ m的泡沫.本發(fā)明中，所述多孔材料應(yīng)選擇孔喉比較小的材料，材料應(yīng)具備均勻的孔隙結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供了一種制備異位泡沫的裝置，該裝置由制備異位泡沫的裝置和氣液比監(jiān)控裝置組成；所述制備異位泡沫的裝置由氣相管路、液相管路、氣液混合室、多孔材料和泡沫接收瓶組成；所述氣液比監(jiān)控裝置是紅外氣體分析儀。本發(fā)明提供的裝置中，所述氣相管路含有氣體壓縮瓶、減壓閥和流量計(jì)；液相管路
3含有蠕動(dòng)泵和流量計(jì)所述氣液混合室由帶橢圓形混合室的T型三通管構(gòu)成；T型混合器的中部設(shè)計(jì)為橢圓形混合室，氣、液分別從兩側(cè)進(jìn)入，經(jīng)混合后從中間側(cè)流出，T型三通管的材質(zhì)為鋼或不銹鋼。為避免泡沫發(fā)生過(guò)程中氣相、液相的回流，在每個(gè)流量計(jì)前各設(shè)置單向閥一個(gè)。在氣相管路中，減壓閥后還含有一個(gè)精密減壓閥，避免氣體供應(yīng)壓力過(guò)大。所述泡沫接收瓶底部出口處設(shè)置半滲透膜，只允許氣體流出進(jìn)入紅外氣體分析儀。本發(fā)明還提供了一種制備異位泡沫的裝置在制備異位泡沫的應(yīng)用，該應(yīng)用包括以下步驟該應(yīng)用包括以下步驟氣體經(jīng)單向閥、流量計(jì)，液體經(jīng)蠕動(dòng)泵、流量計(jì)，然后同時(shí)進(jìn)入氣液混合室，完全混合的氣液流經(jīng)多孔物質(zhì)被切割生成泡沫，泡沫生成后進(jìn)入泡沫接收瓶。本發(fā)明還提供了氣液比監(jiān)控裝置對(duì)氣液比進(jìn)行調(diào)控的方法，該方法包括以下步驟若紅外氣體檢測(cè)儀顯示有氮?dú)庾x數(shù)，通過(guò)1#流量計(jì)調(diào)小氣體流速，直至氮?dú)庾x數(shù)為零，若泡沫接收瓶?jī)?nèi)持續(xù)觀察到有液體產(chǎn)生，則通過(guò)2#流量計(jì)調(diào)小液體流速，直至不再有新的液體產(chǎn)生。上述流量計(jì)、減壓閥、精密調(diào)壓閥、單向閥、多孔材料便攜式紅外氣體分析儀均為
市售產(chǎn)品。T型混合器為自加工產(chǎn)品。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的異位泡沫發(fā)生方法及泡沫發(fā)生裝置具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)1)通過(guò)流量計(jì)分別控制氣、液的流速，在T型混合器中充分混合，可以制造具有一定含氣量的泡沫，有效地控制生成泡沫的含氣量及尺寸，配合發(fā)泡劑類型及濃度的選擇。2)泡沫氣液比監(jiān)控裝置能有效地監(jiān)控泡沫產(chǎn)生過(guò)程中的過(guò)剩氣體和液體，通過(guò)結(jié)果反饋至氣液比的調(diào)節(jié)，避免過(guò)剩氣體和液體的浪費(fèi)。3)通過(guò)多孔材料對(duì)氣液混合體的切割作用產(chǎn)生大小均勻且性質(zhì)穩(wěn)定的泡沫，可通過(guò)更換不同孔隙直徑的多孔材料控制生成不同粒徑的泡沫。4)配合選擇合適的發(fā)泡劑類型、濃度，可以制造具備粒徑范圍小、穩(wěn)定性高的泡沫，在較高的壓力條件下制造的泡沫，無(wú)需加壓可直接用作后續(xù)的土壤沖洗，更符合泡沫沖洗的應(yīng)用要求。5)本發(fā)明提供的裝置中還存在相應(yīng)的氣液比監(jiān)控裝置，整套裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易操作，且控制泡沫特性。6)裝置組裝簡(jiǎn)易，耗費(fèi)成本低，具有寬廣的市場(chǎng)效益。


附圖1是泡沫發(fā)生裝置；附圖2是T型混合室。附圖3是采用控制參數(shù)泡沫與傳統(tǒng)泡沫進(jìn)行沖洗的去除效^ ο
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1 制備異位泡沫的裝置參照附圖1，本發(fā)明所提供的制備異位泡沫的裝置，包括有氮?dú)鈮嚎s瓶、減壓閥、精密調(diào)壓閥、單向閥、流量計(jì)1、蠕動(dòng)泵、流量計(jì)2、氣液混合室、多孔材料(固結(jié)砂芯，平均孔徑
0.1mm)、泡沫接收瓶以及便攜式紅外氣體分析儀。在氣相管路中，減壓閥后設(shè)置精密調(diào)壓閥，再與單向閥1、流量計(jì)1連接，連接管為 Φ 5mm軟管；在液相管路中，蠕動(dòng)泵后接單向閥2、流量計(jì)2，連接管為Φ5πιπι軟管；氣液相管與氣液混合室的連接管為Φ 5mm軟管；在氣液混合室中，如圖2所示的T型混合室與多孔材料間用Φ 5mm軟管連接；多孔材料與泡沫接收器間用Φ IOmm軟管連接，泡沫接收瓶出口處設(shè)置一半滲透膜，接收瓶與氣體分析儀間用Φ5πιπι軟管連接。實(shí)施例2 制備異位泡沫的方法1)打開(kāi)氣相管路中的與氮?dú)鈮嚎s瓶相連的減壓閥，調(diào)節(jié)精密調(diào)壓閥，壓力調(diào)節(jié)范圍為0. IMp 0. 25Μρ，調(diào)節(jié)流量計(jì)1為10mL/min ；2)同時(shí)打開(kāi)蠕動(dòng)泵開(kāi)始抽取5000mg/L的十二烷基硫酸鈉(SDQ溶液，調(diào)節(jié)流量計(jì) 2 為 100mL/min ；3)氣、液同時(shí)進(jìn)入氣液混合室進(jìn)行混合；4)混合后的氣、液進(jìn)入固結(jié)砂芯，生成的泡沫進(jìn)入泡沫接收瓶；5)系統(tǒng)中殘留氣體和過(guò)量氮?dú)饩M(jìn)入紅外氣體分析儀后排出。上述實(shí)驗(yàn)中泡沫接收瓶中未發(fā)現(xiàn)有液體累積，紅外監(jiān)測(cè)顯示未發(fā)現(xiàn)氮?dú)饬鞒觯缮鲜鲞^(guò)程制造的泡沫粒徑范圍是0. 089 0. 122mm，泡沫平均粒徑為0. 112mm，泡沫的氣液比為100 9. 5，泡沫的平均半衰期為7. 5小時(shí)。實(shí)施例3 制備異位泡沫的裝置參照附圖1，本發(fā)明所提供的制備異位泡沫的裝置、管路連接方式與實(shí)例1中相同，多孔材料采用金屬曝氣頭，平均孔徑約0. 98mm。實(shí)施例4 制備異位泡沫的方法1)打開(kāi)氣相管路中的與氮?dú)鈮嚎s瓶相連的減壓閥，調(diào)節(jié)精密調(diào)壓閥，壓力調(diào)節(jié)范圍為0. IMp 0. 25Mp，調(diào)節(jié)流量計(jì)1為5mL/min ；2)同時(shí)打開(kāi)蠕動(dòng)泵開(kāi)始抽取1000mg/L的曲拉通100 (Τχ-100)溶液，調(diào)節(jié)流量計(jì)2 為 200mL/min ；3)氣、液同時(shí)進(jìn)入氣液混合室進(jìn)行混合；4)混合后的氣、液進(jìn)入曝氣頭，生成的泡沫進(jìn)入泡沫接收瓶；5)系統(tǒng)中殘留氣體和過(guò)量氮?dú)饩M(jìn)入紅外氣體分析儀后排出。上述實(shí)驗(yàn)中泡沫接收瓶中未發(fā)現(xiàn)有液體累積，紅外監(jiān)測(cè)顯示發(fā)現(xiàn)有氮?dú)饬鞒觯Ｓ嗟獨(dú)饬鞒鏊俣燃s為56mL/min，制造的泡沫粒徑范圍是0. 87 1. 31mm，泡沫平均粒徑為
1.09mm，泡沫的氣液比為100 32. 7，泡沫的平均半衰期為2. 5小時(shí)。實(shí)施例5 傳統(tǒng)制備異位泡沫的方法1采用傳統(tǒng)的曝氣方式制造異位泡沫，將氮?dú)庖詌OOmL/min流速通入500mL濃度為
55000mg/L的SDS溶液中，得到的泡沫粒徑范圍是0. 82 17. 8mm，泡沫平均粒徑為3. 87mm, 泡沫的平均半衰期為16. 8min，實(shí)驗(yàn)中有大量氣體過(guò)剩，泡沫的氣液比無(wú)法進(jìn)行控制。實(shí)施例6 傳統(tǒng)制備異位泡沫的方法2采用傳統(tǒng)的攪拌方式制造異位泡沫，選用功率為50W的槳葉攪拌器對(duì)燒杯中 500mL濃度為5000mg/L的SDS溶液進(jìn)行攪拌，槳葉轉(zhuǎn)速1500r/min，得到的泡沫粒徑范圍是 0. 54 13. 2mm,泡沫平均粒徑2. 98mm,泡沫平均半衰期為43. 2min,實(shí)驗(yàn)中泡沫氣液比亦無(wú)法進(jìn)行控制。通過(guò)實(shí)驗(yàn)例的對(duì)比結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明的異位泡沫發(fā)生裝置可以對(duì)泡沫的含氣量進(jìn)行控制，制造出的泡沫具有較小的泡沫粒徑范圍，較高的泡沫穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例7 在土壤沖洗中的應(yīng)用分別采用傳統(tǒng)方法1、2制造的泡沫和利用本發(fā)明裝置實(shí)例4方法生成的泡沫進(jìn)行土壤介質(zhì)原位沖洗實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料如下介質(zhì)選用80 100目精制石英砂；表面活性劑選用5000mg/L SDS溶液；污染物選用電容器油，其中主要成分為多氯聯(lián)苯(PCBs)ArocIor 1260，采用人工方式對(duì)砂樣進(jìn)行污染，PCBs污染濃度為100mg/kg;采用柱沖模擬砂土模擬沖洗，砂柱內(nèi)徑75mm，高度30mm。沖洗條件為傳統(tǒng)方式采用注射泵將泡沫注入，本發(fā)明產(chǎn)生的泡沫采用氮?dú)鈮嚎s瓶注入；定流速?zèng)_洗，泡沫的注入速度為60ml/min (標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)， 共計(jì)沖洗30個(gè)孔隙體積，消耗表面活性劑溶液9000ml。沖洗得到PCBs去除率隨孔隙體積的變化，結(jié)果如圖3。從圖3可以看出利用本泡沫發(fā)生裝置制造的控制參數(shù)泡沫在沖洗去除PCBs污染砂樣具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，在沖洗30PV后的PCBs去除率超過(guò)80%，控制參數(shù)泡沫在沖洗 30PV后對(duì)PCBs的去除效率是曝氣泡沫的2. 04倍，是攪拌泡沫的1. 15倍。雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明具體實(shí)施方式
及試驗(yàn)，對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備異位泡沫的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟通過(guò)流量計(jì)分別控制發(fā)泡劑的流速0. 1 50mL/min和氣體的流速1 500mL/min，使氣、液按照以下體積比 100 35 100 0.2進(jìn)行混合，混合的氣液可以通過(guò)調(diào)換不同內(nèi)部孔徑的多孔材料控制生成泡沫的粒徑，粒徑范圍為10 μ m 3500 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)泡劑為普通應(yīng)用于土壤沖洗的表面活性劑。
3.一種制備異位泡沫的裝置，其特征在于，該裝置由制備異位泡沫的裝置和氣液比監(jiān)控裝置組成，所述制備異位泡沫的裝置由氣相管路、液相管路、氣液混合室、多孔材料和泡沫接收瓶組成；所述氣液比監(jiān)控裝置是紅外氣體分析儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述氣相管路含有氣體壓縮瓶、減壓閥和流量計(jì)；液相管路含有蠕動(dòng)泵和流量計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述氣液混合室由帶橢圓形混合室的T型三通管構(gòu)成，該T型三通管的材質(zhì)為鋼或不銹鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述T型混合器的中部設(shè)計(jì)為橢圓形混合室，氣、液分別從兩側(cè)進(jìn)入，經(jīng)混合后從中間側(cè)流出。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，為避免泡沫發(fā)生過(guò)程中氣相、液相的回流，在每個(gè)流量計(jì)前各設(shè)置單向閥一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述氣相管路在減壓閥后還含有一個(gè)精密減壓閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于泡沫接收瓶底部出口處設(shè)置半滲透膜，只允許氣體流出進(jìn)入紅外氣體分析儀。
10.權(quán)利要求3-7任一項(xiàng)所述的裝置在制備異位泡沫的應(yīng)用，其特征在于，該應(yīng)用包括以下步驟氣體經(jīng)單向閥、流量計(jì)，液體經(jīng)蠕動(dòng)泵、流量計(jì)，然后同時(shí)進(jìn)入氣液混合室，完全混合的氣液流經(jīng)多孔材料被切割生成泡沫，泡沫生成后進(jìn)入泡沫接收瓶。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，氣液比監(jiān)控裝置通過(guò)以下方式對(duì)氣液比進(jìn)行調(diào)控若紅外氣體檢測(cè)儀顯示有氮?dú)庾x數(shù)，通過(guò)1#流量計(jì)調(diào)小氣體流速，直至氮?dú)庾x數(shù)為零，若泡沫接收瓶?jī)?nèi)持續(xù)觀察到有液體產(chǎn)生，則通過(guò)姊流量計(jì)調(diào)小液體流速，直至不再有新的液體產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備異位泡沫的方法及裝置，該方法包括以下步驟通過(guò)流量計(jì)分別控制發(fā)泡劑的流速0.1～50mL/min和氣體的流速1～500mL/min，使氣、液按照以下體積比100∶35～100∶0.2進(jìn)行混合，經(jīng)混合的氣液經(jīng)多孔材料切割生成粒徑范圍10μm～3500μm的泡沫。與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用本發(fā)明的異位泡沫發(fā)生技術(shù)可以人為控制生成泡沫的基本特性，生成的泡沫可廣泛應(yīng)用于土壤污染沖洗領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01F3/04GK102179193SQ20111009899
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者王浩, 陳家軍 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué), 王浩, 陳家軍