一種利用氣膜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，尤其涉及一種利用氣膜制備微泡的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微泡體積極其微小，具有與普通氣泡不同的特殊性質(zhì)，具有氣泡尺寸小、比表面積大、吸附效率高、存在時間長、傳質(zhì)效率高、表面電荷電位高以及可釋放出自由基等特性，在氣浮凈水、水體增氧、生物制藥、精密化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用價值。
[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]但在微泡的應(yīng)用推廣過程中現(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，運行維護不便，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]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用氣膜制備微泡的裝置，該裝置包括:噴嘴、螺旋槳和氣膜破碎室；
[0007]噴嘴用于形成射流，射流在液面上形成浮水液滴；
[0008]氣膜破碎室用于形成親合外力場；
[0009]浮水液滴的氣膜在外力場的作用下破碎形成微泡；
[0010]流體在螺旋槳的推動下沿浮水液滴運動方向的反方向循環(huán)運動，并將微泡帶入液面以下。
[0011 ] 優(yōu)選地，氣膜破碎室包括沖擊波發(fā)生器和電極中的一個或多個的復(fù)合。
[0012]優(yōu)選地，噴嘴可以轉(zhuǎn)動。
[0013]優(yōu)選地，流體具有表面活性劑。
[0014]優(yōu)選地，噴嘴一端與所述氣膜破碎室相通。
[0015]本發(fā)明提供了一種利用氣膜制備微泡的方法，該方法包括:
[0016]通過噴嘴形成射流，射流在液面上形成浮水液滴；
[0017]通過氣膜破碎室形成親合外力場；
[0018]浮水液滴的氣膜在外力場的作用下破碎形成微泡；
[0019]通過螺旋槳的推動，流體沿浮水液滴運動方向的反方向循環(huán)運動，并將微泡帶入液面以下。
[0020]優(yōu)選地，外力場為沖擊波、電場力中的一個或多個的復(fù)合。
[0021]優(yōu)選地，射流與液面之間的角度小于45°。
[0022]優(yōu)選地，利用氣膜制備微泡的方法還包括向流體中加入表面活性劑。
[0023]優(yōu)選地，利用氣膜制備微泡的方法還包括流體通過噴嘴形成射流。
[0024]本發(fā)明實施例實現(xiàn)了利用氣膜制備微泡，通過浮水液滴與液體之間氣膜的破碎形成微泡，微泡在外力場的作用下進一步破碎可以形成微米級到毫米級尺寸不同的微泡，經(jīng)過液體的循環(huán)，可以有效提高液體中微泡的含量。操作方法簡單、設(shè)備成本低廉，不需要很高的流速和壓力，可以滿足大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的需求。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種利用氣膜制備微泡的裝置示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例提供的浮水液滴在液體表面運動原理示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種利用氣膜制備微泡的方法示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實施例提供的浮水液滴氣膜形成微泡原理示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)、清楚、完整的說明，附圖中，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，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施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種利用氣膜制備微泡的裝置示意圖。如圖1所示，該裝置包括:噴嘴1、螺旋槳2和氣膜破碎室3，噴嘴I用于形成射流，射流在液面上形成浮水液滴，氣膜破碎室3用于形成耦合外力場，浮水液滴的氣膜在外力場的作用下破碎形成微泡，流體在螺旋槳2的推動下沿浮水液滴運動方向的反方向循環(huán)運動，并將微泡帶入液面以下。
[0031]在一個例子中，氣膜破碎室3包括沖擊波發(fā)生器5和電極4中的一個或多個的復(fù)合。沖擊波發(fā)生器5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3中的反氣泡破碎形成微泡。電極4可以產(chǎn)生的電場的極化作用，使得較大的氣泡或微泡破裂，形成體積更小的微泡。在一個例子中，沖擊波發(fā)生器5發(fā)射的沖擊波和電極產(chǎn)生的電場力的作用下相互耦合，在液體中形成相互混合的體系，用于使浮水液滴產(chǎn)生的微泡進一步破碎。
[0032]噴嘴I可以轉(zhuǎn)動，通過調(diào)整噴嘴I與液面之間的角度，可以控制浮水液滴的產(chǎn)生。在一個例子中，通過調(diào)節(jié)整噴嘴I與液面之間的角度，從而改變了入射液滴與液面之間的角度，通過改變這一角度，可以使浮水液滴沿著水面在液面以上彈跳。
[0033]圖2為本發(fā)明實施例提供的浮水液滴在液體表面運動原理不意圖。如圖2所不，噴嘴I向液面射入射流，經(jīng)噴嘴I射出的射流在重力的作用下形成液滴落在液面之上的彈跳點10形成浮水液滴7。由于慣性作用浮水液滴7開始多次在液面上的彈跳，在浮水液滴7彈跳的過程中，在浮水液滴與液面之間形成氣膜8，氣膜8將浮水液滴7與液面隔開，由于表面張力液面支撐浮水液滴7在液面以上運動，并且不與液體接觸。浮水液滴7經(jīng)過多次彈射后速度逐漸降低，最后在著陸點11與液面發(fā)生接觸，在于液面接觸的過程中氣膜8破裂形成許多微泡9。
[0034]優(yōu)選地，流體中具有表面活性劑，降低了液膜的表面的張力，增加液膜的穩(wěn)定性，從而保證了微泡的穩(wěn)定性。表面活性劑一端是非極性的碳?xì)滏?，與水的親和力極小，常稱疏水基；另一端則是極性基團，與水有很大的親和力，故稱親水基。溶解于液滴和液體中以后，表面活性劑在液面形成單分子膜或形成膠束，降低了浮水液滴和液體的表面張力和表面自由能，從而保證了微泡的穩(wěn)定性及氣膜的形成。
[0035]優(yōu)選地，噴嘴I 一端與氣膜破碎室3相通，氣膜破碎室3中的液體通過導(dǎo)管輸送至噴嘴I，經(jīng)噴嘴噴嘴I形成射流，在液面上形成浮水液滴，如此循環(huán)一次或多次，可以有效的積累液體中微泡的含量。
[0036]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種利用氣膜制備微泡的方法示意圖。該利用氣膜制備微泡的方法是基于本發(fā)明實施例提供的氣膜制備微泡的裝置。如圖3所示，本實施例具體包括以下步驟:
[0037]步驟101，通過噴嘴形成射流，射流在液面上形成浮水液滴。
[0038]具體地，射流通過噴嘴射向液面，并在重力的作用下形成散落的液滴，液滴由于慣性的原因，在液面上進行一次或多次彈跳形成浮水液滴。
[0039]步驟102，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。
[0040]具體地，氣膜破碎室可以通過外加電場、施加沖擊波、熱輻射等，其中的一種或多種相互耦合形成外力場。如圖4所示，浮水液滴7和液面之間有一層薄薄的氣膜8，浮水液滴7在彈跳的過程中進入外力場，氣膜8在外力場的作用下破裂分裂成許多微泡9。其中，浮水液滴7之所以能飄浮在水面上是因為表面張力的作用。
[0041]步驟103，通過螺旋槳的推動，流體沿浮水液滴運動方向的反方向循環(huán)運動，并將微泡帶入液面以下。
[0042]具體地，液體內(nèi)部設(shè)置一個螺旋槳，推動液體朝著浮水液滴運動方向的反方向運動，使水循環(huán)，將生成的微泡帶入液體內(nèi)部。
[0043]氣膜破碎室包括沖擊波發(fā)生器和電極等中的一個或多個的復(fù)合，通過沖擊波發(fā)生器產(chǎn)生沖擊波和電極產(chǎn)生的電場等相互親合，在氣膜破碎室形成親合外力場。
[0044]噴嘴以小于45度的角度射向液面時，射流形成的液滴可以一定的入射角度射向液面，在這一過程中，液滴不會因角度太小、下落過程中向下的沖擊力太大直接與液面接觸，并且可以在水平方向具有一定的速度，使液滴可以向前運動并不斷發(fā)生彈跳，最終著陸在外力場區(qū)域內(nèi)。
[0045]優(yōu)選地，向流體中加入表面活性劑，以降低液體表面和液滴液膜的表面的張力，增加液膜的穩(wěn)定性，從而增強了微泡的穩(wěn)定性。
[0046]優(yōu)選地，噴嘴一端與所述氣膜破碎室相通，用于流體在噴嘴和氣膜破碎室之間不斷循環(huán)。通過流體的循環(huán)，可以使液體中微泡的含量不斷增加。
[0047]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種利用氣膜制備微泡的裝置，其特征在于，所述裝置包括:噴嘴、螺旋槳和氣膜破碎室； 所述噴嘴用于形成射流，所述射流在液面上形成浮水液滴； 所述氣膜破碎室用于將一種或多種力耦合形成外力場； 所述浮水液滴的氣膜在所述外力場的作用下破碎形成微泡； 流體在所述螺旋槳的推動下沿所述浮水液滴運動方向的反方向循環(huán)運動，并將所述微泡帶入液面以下。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述氣膜破碎室包括沖擊波發(fā)生器和電極中的一個或多個的復(fù)合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述噴嘴可以轉(zhuǎn)動。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流體具有表面活性劑。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述噴嘴一端與所述氣膜破碎室相通。6.一種利用氣膜制備微泡的方法，其特征在于，所述方法包括: 通過噴嘴形成射流，所述射流在液面上形成浮水液滴； 所述浮水液滴的氣膜在所述外力場的作用下破碎形成微泡，所述外力場為一種或多種力的耦合； 流體通過所述螺旋槳的推動沿所述浮水液滴運動方向的反方向循環(huán)運動，并將所述微泡帶入液面以下。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述外力場為沖擊波、電場力中的一個或多個的復(fù)合。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述射流與液面之間的角度小于45°。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:向所述流體中加入表面活性劑。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:所述流體通過所述噴嘴形成所述射流。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用氣膜制備微泡的裝置及方法。在一個實施例中，所述裝置包括：噴嘴、螺旋槳和氣膜破碎室；噴嘴用于形成射流，射流在液面上形成浮水液滴；氣膜破碎室用于將一種或多種力耦合形成外力場；浮水液滴的氣膜在外力場的作用下破碎形成微泡；流體在螺旋槳的推動下沿浮水液滴運動方向的反方向循環(huán)運動，并將微泡帶入液面以下。本發(fā)明實施例制備工藝簡單，不需要很高的壓力和流速，通過調(diào)節(jié)流體的循環(huán)，控制微泡的含量，實現(xiàn)了微米級的微泡的制備。
【IPC分類】B01F3/04
【公開號】CN105148757
【申請?zhí)枴緾N201510564876
【發(fā)明人】白立新, 林偉軍, 鄧京軍, 李超, 徐德龍, 白麗榮
【申請人】中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月7日