一种利用气膜制备微泡的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微泡制备领域，尤其涉及一种利用气膜制备微泡的装置及方法。
【背景技术】
[0002]微泡体积极其微小，具有与普通气泡不同的特殊性质，具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、存在时间长、传质效率高、表面电荷电位高以及可释放出自由基等特性，在气浮净水、水体增氧、生物制药、精密化学反应等领域有重要应用价值。
[0003]微泡的制备有多种方法，比如利用流体的剪切力或者压力梯度将气泡打碎成更小的微泡的气泡破碎法；利用超声波作用于气泡或者气体出口产生进而产生微泡的超声法；借助微通道产生微泡的微流体法；通过液压的变化使原先溶解在水中的气泡以微泡的形式析出的溶解气法。
[0004]但在微泡的应用推广过程中现有的微泡制备方法结构复杂，制造成本高，需要很高的流速和压力，运行维护不便，大大提高了用户的使用成本。开发新型的微泡制备技术，以弥补现有微泡制备技术的不足，增加微泡制备技术的应用领域成为了当务之急。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种低成本、低能耗、性能优越、适于推广的微泡的制备装置及方法。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种利用气膜制备微泡的装置，该装置包括:喷嘴、螺旋桨和气膜破碎室；
[0007]喷嘴用于形成射流，射流在液面上形成浮水液滴；
[0008]气膜破碎室用于形成親合外力场；
[0009]浮水液滴的气膜在外力场的作用下破碎形成微泡；
[0010]流体在螺旋桨的推动下沿浮水液滴运动方向的反方向循环运动，并将微泡带入液面以下。
[0011 ] 优选地，气膜破碎室包括冲击波发生器和电极中的一个或多个的复合。
[0012]优选地，喷嘴可以转动。
[0013]优选地，流体具有表面活性剂。
[0014]优选地，喷嘴一端与所述气膜破碎室相通。
[0015]本发明提供了一种利用气膜制备微泡的方法，该方法包括:
[0016]通过喷嘴形成射流，射流在液面上形成浮水液滴；
[0017]通过气膜破碎室形成親合外力场；
[0018]浮水液滴的气膜在外力场的作用下破碎形成微泡；
[0019]通过螺旋桨的推动，流体沿浮水液滴运动方向的反方向循环运动，并将微泡带入液面以下。
[0020]优选地，外力场为冲击波、电场力中的一个或多个的复合。
[0021]优选地，射流与液面之间的角度小于45°。
[0022]优选地，利用气膜制备微泡的方法还包括向流体中加入表面活性剂。
[0023]优选地，利用气膜制备微泡的方法还包括流体通过喷嘴形成射流。
[0024]本发明实施例实现了利用气膜制备微泡，通过浮水液滴与液体之间气膜的破碎形成微泡，微泡在外力场的作用下进一步破碎可以形成微米级到毫米级尺寸不同的微泡，经过液体的循环，可以有效提高液体中微泡的含量。操作方法简单、设备成本低廉，不需要很高的流速和压力，可以满足大规模工业应用的需求。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例提供的一种利用气膜制备微泡的装置示意图；
[0026]图2为本发明实施例提供的浮水液滴在液体表面运动原理示意图；
[0027]图3为本发明实施例提供的一种利用气膜制备微泡的方法示意图；
[0028]图4为本发明实施例提供的浮水液滴气膜形成微泡原理示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细、清楚、完整的说明，附图中，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]图1为本发明实施例提供的一种利用气膜制备微泡的装置示意图。如图1所示，该装置包括:喷嘴1、螺旋桨2和气膜破碎室3，喷嘴I用于形成射流，射流在液面上形成浮水液滴，气膜破碎室3用于形成耦合外力场，浮水液滴的气膜在外力场的作用下破碎形成微泡，流体在螺旋桨2的推动下沿浮水液滴运动方向的反方向循环运动，并将微泡带入液面以下。
[0031]在一个例子中，气膜破碎室3包括冲击波发生器5和电极4中的一个或多个的复合。冲击波发生器5用于向反气泡破碎室2的流体中发射冲击波，使反气泡破碎室3中的反气泡破碎形成微泡。电极4可以产生的电场的极化作用，使得较大的气泡或微泡破裂，形成体积更小的微泡。在一个例子中，冲击波发生器5发射的冲击波和电极产生的电场力的作用下相互耦合，在液体中形成相互混合的体系，用于使浮水液滴产生的微泡进一步破碎。
[0032]喷嘴I可以转动，通过调整喷嘴I与液面之间的角度，可以控制浮水液滴的产生。在一个例子中，通过调节整喷嘴I与液面之间的角度，从而改变了入射液滴与液面之间的角度，通过改变这一角度，可以使浮水液滴沿着水面在液面以上弹跳。
[0033]图2为本发明实施例提供的浮水液滴在液体表面运动原理不意图。如图2所不，喷嘴I向液面射入射流，经喷嘴I射出的射流在重力的作用下形成液滴落在液面之上的弹跳点10形成浮水液滴7。由于惯性作用浮水液滴7开始多次在液面上的弹跳，在浮水液滴7弹跳的过程中，在浮水液滴与液面之间形成气膜8，气膜8将浮水液滴7与液面隔开，由于表面张力液面支撑浮水液滴7在液面以上运动，并且不与液体接触。浮水液滴7经过多次弹射后速度逐渐降低，最后在着陆点11与液面发生接触，在于液面接触的过程中气膜8破裂形成许多微泡9。
[0034]优选地，流体中具有表面活性剂，降低了液膜的表面的张力，增加液膜的稳定性，从而保证了微泡的稳定性。表面活性剂一端是非极性的碳氢链，与水的亲和力极小，常称疏水基；另一端则是极性基团，与水有很大的亲和力，故称亲水基。溶解于液滴和液体中以后，表面活性剂在液面形成单分子膜或形成胶束，降低了浮水液滴和液体的表面张力和表面自由能，从而保证了微泡的稳定性及气膜的形成。
[0035]优选地，喷嘴I 一端与气膜破碎室3相通，气膜破碎室3中的液体通过导管输送至喷嘴I，经喷嘴喷嘴I形成射流，在液面上形成浮水液滴，如此循环一次或多次，可以有效的积累液体中微泡的含量。
[0036]图3为本发明实施例提供的一种利用气膜制备微泡的方法示意图。该利用气膜制备微泡的方法是基于本发明实施例提供的气膜制备微泡的装置。如图3所示，本实施例具体包括以下步骤:
[0037]步骤101，通过喷嘴形成射流，射流在液面上形成浮水液滴。
[0038]具体地，射流通过喷嘴射向液面，并在重力的作用下形成散落的液滴，液滴由于惯性的原因，在液面上进行一次或多次弹跳形成浮水液滴。
[0039]步骤102，反气泡的气膜在外力场的作用下破碎形成微泡，外力场为一种或多种力的耦合。
[0040]具体地，气膜破碎室可以通过外加电场、施加冲击波、热辐射等，其中的一种或多种相互耦合形成外力场。如图4所示，浮水液滴7和液面之间有一层薄薄的气膜8，浮水液滴7在弹跳的过程中进入外力场，气膜8在外力场的作用下破裂分裂成许多微泡9。其中，浮水液滴7之所以能飘浮在水面上是因为表面张力的作用。
[0041]步骤103，通过螺旋桨的推动，流体沿浮水液滴运动方向的反方向循环运动，并将微泡带入液面以下。
[0042]具体地，液体内部设置一个螺旋桨，推动液体朝着浮水液滴运动方向的反方向运动，使水循环，将生成的微泡带入液体内部。
[0043]气膜破碎室包括冲击波发生器和电极等中的一个或多个的复合，通过冲击波发生器产生冲击波和电极产生的电场等相互親合，在气膜破碎室形成親合外力场。
[0044]喷嘴以小于45度的角度射向液面时，射流形成的液滴可以一定的入射角度射向液面，在这一过程中，液滴不会因角度太小、下落过程中向下的冲击力太大直接与液面接触，并且可以在水平方向具有一定的速度，使液滴可以向前运动并不断发生弹跳，最终着陆在外力场区域内。
[0045]优选地，向流体中加入表面活性剂，以降低液体表面和液滴液膜的表面的张力，增加液膜的稳定性，从而增强了微泡的稳定性。
[0046]优选地，喷嘴一端与所述气膜破碎室相通，用于流体在喷嘴和气膜破碎室之间不断循环。通过流体的循环，可以使液体中微泡的含量不断增加。
[0047]以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种利用气膜制备微泡的装置，其特征在于，所述装置包括:喷嘴、螺旋桨和气膜破碎室； 所述喷嘴用于形成射流，所述射流在液面上形成浮水液滴； 所述气膜破碎室用于将一种或多种力耦合形成外力场； 所述浮水液滴的气膜在所述外力场的作用下破碎形成微泡； 流体在所述螺旋桨的推动下沿所述浮水液滴运动方向的反方向循环运动，并将所述微泡带入液面以下。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气膜破碎室包括冲击波发生器和电极中的一个或多个的复合。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴可以转动。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体具有表面活性剂。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴一端与所述气膜破碎室相通。6.一种利用气膜制备微泡的方法，其特征在于，所述方法包括: 通过喷嘴形成射流，所述射流在液面上形成浮水液滴； 所述浮水液滴的气膜在所述外力场的作用下破碎形成微泡，所述外力场为一种或多种力的耦合； 流体通过所述螺旋桨的推动沿所述浮水液滴运动方向的反方向循环运动，并将所述微泡带入液面以下。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述外力场为冲击波、电场力中的一个或多个的复合。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述射流与液面之间的角度小于45°。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:向所述流体中加入表面活性剂。10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:所述流体通过所述喷嘴形成所述射流。
【专利摘要】本发明涉及一种利用气膜制备微泡的装置及方法。在一个实施例中，所述装置包括：喷嘴、螺旋桨和气膜破碎室；喷嘴用于形成射流，射流在液面上形成浮水液滴；气膜破碎室用于将一种或多种力耦合形成外力场；浮水液滴的气膜在外力场的作用下破碎形成微泡；流体在螺旋桨的推动下沿浮水液滴运动方向的反方向循环运动，并将微泡带入液面以下。本发明实施例制备工艺简单，不需要很高的压力和流速，通过调节流体的循环，控制微泡的含量，实现了微米级的微泡的制备。
【IPC分类】B01F3/04
【公开号】CN105148757
【申请号】CN201510564876
【发明人】白立新, 林伟军, 邓京军, 李超, 徐德龙, 白丽荣
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月7日