一种原位智能控制精确微小气泡发生的系统及方法和应用

本发明涉及气体分散的，具体涉及一种原位智能控制精确微小气泡发生的系统及方法和应用。

背景技术：

1、微小气泡因大比表面积、低密度、表面电荷和表面疏水性等优异物理化学特性而备受关注。一系列基于微小气泡的技术在矿物浮选、废水处理、材料制备和组装、医学诊断和药物输送等领域都具有广泛应用。目前，常用的气泡发生方法包括溶气-曝气法、引气-散气法、电解法、超声法和膜分散法。其中膜分散法因简单、可控、节能、可重复和易于规模化等优点有望在未来进行大规模微小气泡可控制备。

2、研究表明，气泡的大小会显著影响气泡的其他性质，如体积、比表面积和上升速率等。利用膜分散法，可以通过改变流速、压力、液体黏度和表面张力、膜孔径等参量改变产生的气泡的大小，但缺陷在于无法进行智能响应，无法实现对气泡大小的原位实时精确控制。因此，开发一种可以原位实时精确控制气泡大小的气泡发生装置对于微小气泡的研究及实际应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，利用膜分散法，提供一种原位智能控制精确微小气泡发生的系统及方法和应用。

2、为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

3、一种原位智能控制精确微小气泡发生的系统，包括导电微孔膜单元、功能液体腔室、进气通道和电路控制模块；功能液体腔室容纳有功能液体，功能液体为导电溶液，其中含有表面活性剂；导电微孔膜单元含有导电微孔膜，导电微孔膜设于进气通道和功能液体腔室的连通路径上，气体由进气通道通过导电微孔膜单元形成气泡于功能液体腔室中；电路控制模块连接导电微孔膜和功能液体并构成回路，通过控制电路模块调控电位改变表面活性剂在导电微孔膜上的吸脱附状态以调控产生的气泡的大小。

4、可选的，所述导电微孔膜的孔径为1～100μm。

5、可选的，所述导电微孔膜具有至少一个微孔；当具有多个微孔时，孔间距大于4mm。

6、可选的，所述导电微孔膜为刚性膜，采用导电材料形成或表面镀有导电材料层。

7、可选的，所述导电微孔膜可以使用通过电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积、3d打印和微纳加工等技术制备而成的导电膜材料，其可以是单种材料或多种材料复合而成。

8、可选的，所述导电微孔膜的厚度为20～200μm。

9、可选的，所述表面活性剂包括阴离子型、阳离子型和两性型表面活性剂，在所述功能液体中的浓度为0.1～10mmol/l。

10、可选的，所述气体在进气通道中的流量为0.01～2ml/min。

11、可选的，所述导电微孔膜单元还包括主体，所述主体包括夹持件和密封材料，夹持件通过密封材料配合形成用于容纳所述导电微孔膜的腔体，所述腔体于所述导电微孔膜两侧分别与所述功能液体腔室和进气通道连通。

12、可选的，所述导电微孔膜与所述控制电路模块电性连接作为工作电极，所述控制电路模块还包括对电极，对电极置于所述功能液体中。

13、一种原位智能控制精确微小气泡发生的方法，采用上述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统，向所述进气通道中通入气体，通过电路控制模块调控电位的大小以及正负变化来调控产生的气泡的大小。

14、其中，所述导电微孔膜通过表面活性剂的吸附和脱附改变其表面的浸润性，和功能液体一起具有电压响应性，通过改变电压可以改变导电微孔膜对气泡的粘附力，进而产生智能控制

15、可选的，控制电路模块可以使用两电极体系或三电极体系对系统进行调控。

16、上述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统在空气净化、多相催化、废水处理和材料制备等领域中的应用。

17、上述方法中，使气体从进气通道进入，到达导电微孔膜，功能液体中的表面活性剂在导电微孔膜上的吸附和脱附受到控制电路模块的调控，进而改变导电微孔膜对气泡的粘附力，使得气体通过导电微孔膜后形成的气泡的大小发生变化；通过控制电路模块调控电位，可以实现功能液体中的表面活性剂在导电微孔膜上的吸脱附状态的实时改变，进而实时原位地调控产生的气泡的大小。

18、本发明的有益效果为：

19、1)本发明利用膜分散法将气体分成均匀大小的气泡；

20、2)本发明中功能液体中的表面活性剂在导电微孔膜上的吸脱附状态会随着电压的变化而实时发生变化，可以实时原位调控产生的气泡的大小，气泡大小的调控范围大，可控性和稳定性强；

21、3)本发明利用导电微孔膜对气泡粘附力的改变可以控制气体的输运，扩展应用范围，实用性强。

技术特征：

1.一种原位智能控制精确微小气泡发生的系统，其特征在于：包括导电微孔膜单元、功能液体腔室、进气通道和电路控制模块；功能液体腔室容纳有功能液体，功能液体为导电溶液，其中含有表面活性剂；导电微孔膜单元含有导电微孔膜，导电微孔膜设于进气通道和功能液体腔室的连通路径上，气体由进气通道通过导电微孔膜单元形成气泡于功能液体腔室中；电路控制模块连接导电微孔膜和功能液体并构成回路，通过控制电路模块调控电位改变表面活性剂在导电微孔膜上的吸脱附状态以调控产生的气泡的大小。

2.根据权利要求1所述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统，其特征在于：所述导电微孔膜的孔径为1～100μm。

3.根据权利要求1所述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统，其特征在于：所述导电微孔膜具有至少一个微孔；当具有多个微孔时，孔间距大于4mm。

4.根据权利要求1所述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统，其特征在于：所述导电微孔膜为刚性膜，采用导电材料形成或表面镀有导电材料层。

5.根据权利要求1所述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统，其特征在于：所述表面活性剂包括阴离子型、阳离子型和两性型表面活性剂，在所述功能液体中的浓度为0.1～10mmol/l。

6.根据权利要求1所述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统，其特征在于：所述气体在进气通道中的流量为0.01～2ml/min。

7.根据权利要求1所述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统，其特征在于：所述导电微孔膜单元还包括主体，所述主体包括夹持件和密封材料，夹持件通过密封材料配合形成用于容纳所述导电微孔膜的腔体，所述腔体于所述导电微孔膜两侧分别与所述功能液体腔室和进气通道连通。

8.根据权利要求1所述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统，其特征在于：所述导电微孔膜与所述控制电路模块电性连接作为工作电极，所述控制电路模块还包括对电极，对电极置于所述功能液体中。

9.一种原位智能控制精确微小气泡发生的方法，其特征在于：采用权利要求1～8任一项所述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统，向所述进气通道中通入气体，通过电路控制模块调控电位的大小以及正负变化来调控产生的气泡的大小。

10.权利要求1～8任一项所述的原位智能控制精确微小气泡发生的系统在空气净化、多相催化、废水处理和材料制备中的应用。

技术总结
本发明公开了一种原位智能控制精确微小气泡发生的系统及方法，其包括导电微孔膜单元、功能液体腔室、进气通道和电路控制模块；功能液体腔室容纳有功能液体，功能液体为导电溶液，其中含有表面活性剂；气体由进气通道通过导电微孔膜单元形成气泡于功能液体腔室中；电路控制模块连接导电微孔膜和功能液体并构成回路，通过控制电路模块调控电位改变表面活性剂在导电微孔膜上的吸脱附状态以调控产生的气泡的大小。本发明可以实时原位调控产生的气泡的大小，气泡大小的调控范围大，可控性和稳定性强，可应用于空气净化、多相催化、废水处理和材料制备等领域。

技术研发人员：侯旭,曾国超,张运茂,樊漪,方仲毅
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21