一种微纳米气泡水的制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳米技术领域，特别是涉及一种微纳米气泡水的制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]微纳米气泡发生技术是20世纪90年代后期产生的，21世纪初在日本得到了蓬勃的发展，其制造方法包括旋回剪切、加压溶解、电化学、微孔加压、混合射流等方式，均可在一定条件下产生微纳米级的气泡。
[0003]微纳米气泡，是指气泡发生时直径在10微米左右到数百纳米之间的气泡，这种气泡是介于微米气泡和纳米气泡之间，具有常规气泡所不具备的物理与化学特性。
[0004]现有技术中有一些应用微纳米气泡至研发、生产领域，但是对于科技农业方面却鲜有报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够应用于科技农业的微纳米气泡水制备方法和应用。
[0006]为实现本发明的目的所采用的技术方案是:一种微纳米气泡水的制备方法，其特征在于包括依次进行以下步骤:
[0007](1)对气液混合流体施加压力，使其高速旋转，将气液混合流体导入椭圆形容器中，气液混合流体在椭圆形容器的中部形成负压轴；
[0008](2)椭圆形容器在负压轴的吸力可将气液混合流体中混合的气体或者外部接入的气体集中到负压轴上；
[0009](3)将高速旋转的气液混合流体从椭圆形容器两端的喷射口喷出，即产生微纳米气泡。
[0010]本发明提供的制备方法的工作原理为:高速旋转的气液混合流体从椭圆形容器两端的喷射口喷出时，气液混合流体具有超高的旋转速度与气液密度比(1: 1000)的力学上的相乘效果，在气液接触界面间产生高速强力的剪切及高频率的压力变动，形成人造极端条件，在这种条件下生成大量微米、纳米级气泡的同时具有打碎聚合分子团，形成小分子团活性水的效果，并能够将小部分水分子电离分解，可以在微纳米气泡空间中产生活性氧、氧离子、氢离子和氢氧离子等自由基离子，尤其氢氧自由基有超高的还原电位，具有超强氧化效果可以分解水中正常条件下也难以分解的污染物，实现水质的净化。微纳米气泡在水中的溶解率超过85%，溶解氧浓度可以达到饱和浓度以上，并且微纳米气泡是以气泡的方式长时间(上升速度6cm/分钟)存留在水中，可以随着溶解氧的消耗不断地向水中补充活性氧，为处理污水的微生物提供了充足的活性氧、强氧化性离子团，并保证了活性氧充足的反应时间，由微纳米气泡处理过的水的净化能力远远高于自然条件下的自净能力。
[0011 ] 上述一种微纳米气泡水的应用，其特征在于将该微纳米气泡水应用于水产养殖。
[0012]上述一种微纳米气泡水的应用，其特征在于将该微纳米气泡水应用于无土栽培。
[0013]上述一种微纳米气泡水的应用，其特征在于将该微纳米气泡水应用于果蔬清洗。
[0014]上述一种微纳米气泡水的应用，其特征在于将该微纳米气泡水应用于生态修复。
[0015]上述一种微纳米气泡水的应用，其特征在于将该微纳米气泡水应用于污水处理。
[0016]所述污水处理包括吸附去除悬浮物和/或降解有机污染物。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:将微纳米气泡水的特性进行发掘，将其特点应用于科技农业领域，如无土栽培、果蔬清洗、生态修复、污水处理等，为微纳米气泡水的进一步利用提供了解决方案。
【具体实施方式】
[0018]以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]实施例:
[0020]一种微纳米气泡水的制备方法，其特征在于包括依次进行以下步骤:
[0021](1)对气液混合流体施加压力，使其高速旋转，将气液混合流体导入椭圆形容器中，气液混合流体在椭圆形容器的中部形成负压轴；
[0022](2)椭圆形容器在负压轴的吸力可将气液混合流体中混合的气体或者外部接入的气体集中到负压轴上；
[0023](3)将高速旋转的气液混合流体从椭圆形容器两端的喷射口喷出，即产生微纳米气泡。
[0024]本发明提供的制备方法的工作原理为:高速旋转的气液混合流体从椭圆形容器两端的喷射口喷出时，气液混合流体具有超高的旋转速度与气液密度比(1: 1000)的力学上的相乘效果，在气液接触界面间产生高速强力的剪切及高频率的压力变动，形成人造极端条件，在这种条件下生成大量微米、纳米级气泡的同时具有打碎聚合分子团，形成小分子团活性水的效果，并能够将小部分水分子电离分解，可以在微纳米气泡空间中产生活性氧、氧离子、氢离子和氢氧离子等自由基离子，尤其氢氧自由基有超高的还原电位，具有超强氧化效果可以分解水中正常条件下也难以分解的污染物，实现水质的净化。微纳米气泡在水中的溶解率超过85%，溶解氧浓度可以达到饱和浓度以上，并且微纳米气泡是以气泡的方式长时间(上升速度6cm/分钟)存留在水中，可以随着溶解氧的消耗不断地向水中补充活性氧，为处理污水的微生物提供了充足的活性氧、强氧化性离子团，并保证了活性氧充足的反应时间，由微纳米气泡处理过的水的净化能力远远高于自然条件下的自净能力。
[0025]微纳米气泡的特性，包括以下方面:
[0026]1.比表面积大
[0027]气泡的体积和表面积的关系可以通过公式表示。气泡的体积公式为V = 4 31 /3r3,气泡的表面积公式为A = 4 π r2，两公式合并可得A = 3V/r，即V总=η.Α = 3V总/r。也就是说，在总体积不变(V不变)的情况下，气泡总的表面积与单个气泡的直径成反比。根据公式，10微米的气泡与1毫米的气泡相比较，在一定体积下前者的比表面积理论上是后者的100倍。空气和水的接触面积就增加了 100倍，各种反应速度也增加了 100倍。
[0028]2.上升速度慢
[0029]根据斯托克斯定律，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比。气泡直径越小则气泡的上升速度越慢。从气泡上升速度与气泡直径的关系图可知，气泡直径1mm的气泡在水中上升的速度为6m/min，而直径10 μ m的气泡在水中的上升速度为3mm/min，后者是前者的1/2000。如果考虑到比表面积的增加，微纳米气泡的溶解能力比一般空气增加20万倍。
[0030]3.自身增压溶解
[0031 ] 水中的气泡四周存有气液界面，而气液界面的存在使得气泡会受到水的表面张力的作用。对于具有球形界面的气泡，表面张力能压缩气泡内的气体，从而使更多的气泡内的气体溶解到水中。根据杨-拉普拉斯方程，ΔΡ = 2σ/Γ，ΔΡ代表压力上升的数值，σ代表表面张力，r代表气泡半径。直径在0.1mm以上的气泡所受压力很小可以忽略，而直径10 μ m的微小气泡会受到0.3个大气压的压力，而直径1 μπι的气泡会受高达3个大气压的压力。微纳米气泡在水中的溶解是一个气泡逐渐缩小的过程，压力的上升会增加气体的溶解速度，伴随着比表面积的增加，气泡缩小的速度会变的越来越快，从而最终溶解到水中，理论上气泡即将消失时的所受压力为无限大。
[0032]4.表面带电
[0033]纯水溶液是由水分子以及少量电离生成的Η+和0Η-组成，气泡在水中形成的气液界面具有容易接受Η+和0Η-的特点，而且通常阳离子比阴离子更容易离开气液界面，而使界面常带有负电荷。已经带上电荷的表面一般倾向于吸附介质中的反离子，特别是高价的反离子，从而形成稳定的双电层。微气泡的表面电荷产生的电势差常利用ζ电位来表征，ζ电位是决定气泡界面吸附性能的重要因素。当微纳米气泡在水中收缩时，电荷离子在非常狭小的气泡界面上得到了快速浓缩富集，表现为ζ电位的显著增加，到气泡破裂前在界面处可形成非常高的ζ电位值。
[0034]5.产生大量自由基
[0035]微气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来，此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超高的氧化还原电位，其产生的超强氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物如苯酚等，实现对水质的净化作用。
[0036]6.传质效率高
[0