一种利用反气泡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，尤其涉及一种利用反气泡制备微泡的装置及方法。
【背景技术】
[0002]微泡具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特点。在水中通入微纳米气泡，可有效分离水中固体杂质、快速提高水体氧浓度、杀灭水中有害病菌、降低固液界面摩擦系数，从而在气浮净水技术、水体增氧、臭氧水消毒和微纳气泡减阻等领域中应用中比宏观气泡有更高的效率，应用前景也更为广阔。
[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]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，本发明第一方面提供了一种利用反气泡制备微泡的装置，该装置包括:反气泡发生器、反气泡破碎室和大气泡过滤器；
[0007]反气泡发生器用于在流体中产生反气泡；
[0008]反气泡破碎室用于将一种或多种力耦合形成外力场；
[0009]反气泡的气膜在外力场的作用下破碎形成微泡；
[0010]微泡在大气泡过滤器溢流界面的过滤作用下析出。
[0011]优选地，反气泡发生器包括射流或液滴产生系统、容器和液膜产生装置。
[0012]优选地，射流或液滴产生系统包括喷嘴，用于在气体中形成射流，由此产生液滴。
[0013]优选地，射流或液滴产生系统包括滴流嘴，凝结器或振动器，用于产生液滴。
[0014]优选地，液膜产生装置包括液膜框架，用于形成液膜。
[0015]优选地，容器具有泡沫层。
[0016]优选地，反气泡破碎室包括冲击波发生器、电极和搅拌器中的一种或多种。
[0017]优选地，利用反气泡制备微泡的装置中的流体具有表面活性剂。
[0018]优选地，反气泡发生器、反气泡破碎室和大气泡过滤器依次连通形成循环系统。
[0019]第二方面本发明提供了一种利用反气泡制备微泡的方法，该方法包括:
[0020]通过反气泡发生器在流体中产生反气泡；
[0021]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；
[0022]通过大气泡过滤器的气液溢流界面析出微泡。
[0023]优选地，反气泡的产生具体包括流体在气体中产生射流或液滴，在重力的作用下，射流或液滴经液膜向液体运动，并形成反气泡。
[0024]优选地，流体在气体中产生射流或液滴具体包括，流体在坠落过程中由于瑞利-帕拉廷不稳定性形成散落的射流或液滴。
[0025]优选地，流体通过喷嘴在空气中形成射流。
[0026]优选地，流体通过滴流嘴，凝结器或振动器在空气中形成液滴。
[0027]优选地，通过气流法，搅动法或溶解气法在液体上方产生泡沫层。
[0028]优选地，外力场为冲击波、电场力和机械搅拌力中的一个或多个的复合。
[0029]优选地，利用反气泡制备微泡的方法还包括:向所述流体中加入表面活性剂。
[0030]优选地，通过控制流体的循环，从而调节微泡的含量。
[0031]本发明实施例实现了利用反气泡制备微泡的装置及方法，通过反气泡发生器产生反气泡，并通过外立场使反气泡的气膜破碎形成微米级到毫米级尺寸不同的微泡，经过筛选可以得到所需尺寸的微泡，控制反应的循环可以控制流体中微泡的含量。本发明经过筛选和流体的循环，高效稳定的实现了微米级的微泡的大量制备。
【附图说明】
[0032]图1为本发明实施例提供的一种利用反气泡制备微泡的装置示意图；
[0033]图2为本发明实施例提供的反气泡发生器的装置示意图；
[0034]图3为本发明实施例提供的一种利用反气泡制备微泡的方法示意图；
[0035]图4为本发明实施例提供的反气泡气膜形成微泡原理示意图；
【具体实施方式】
[0036]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。
[0037]图1为本发明实施例提供的一种利用反气泡制备微泡的装置示意图。如图1所示，该装置包括:反气泡发生器1、反气泡破碎室2和大气泡过滤器3，其中，反气泡发生器I用于在流体中产生反气泡，反气泡破碎室2用于形成耦合外力场，反气泡的气膜在外力场的作用下破碎形成微泡，大气泡过滤器3具有气液溢流界面，用于析出微泡中体积较大的气泡。
[0038]如图2所示，反气泡发生器I包括射流或液滴产生系统8、容器9和液膜产生装置10。射流或液滴产生系统可以包括至少一个喷嘴，用于形成若干在气体中产生射流。该系统可以采用水栗从进管栗取流体，并且通过管道向喷流嘴提供流体，并且进一步采用阀门进行流体速度和流体量的调节。除了由射流散落形成液滴外，也可以采取滴水法、凝结法或振动法产生单个或多个液滴。滴水法中，依靠重力和表面张力使液滴从滴流嘴处断裂脱落而成。在凝结法，水汽在密闭空间空化饱和后在密闭容器顶部凝结成水，使水滴增大，直至脱落形成液滴(脱落原理与滴水法一样)。在振动法，通过振动使液面失稳，形成液滴。流体可以是无机溶液(例如水、液氨、液态二氧化碳等)，也可以是有机溶液(苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯等)；可以是溶液也可以是乳化液或悬浮液；可以添加各种溶质(如盐等)、染料、荧光物质、催化剂或反应物、颗粒物、磁性物质或可磁化的物质等等，对流体的描述不限于此。液膜产生装置10可以是至少一个喷流嘴，用于向容器9中的液体里流输送气体，并在容器9中的液体中形成气泡。气泡上升，在液面上形成泡沫。进而，形成漂浮气液界面上的泡沫层。如果与气泡的液膜接触之前射流散落成液滴，那么由于表面活性剂的作用，在液滴与气泡的液膜之间形成了一个气体层。随着液滴的下坠和气泡液膜的变形，气泡之间的气泡液膜逐渐包裹住液滴，并在液滴外侧和液膜内侧之间形成了一个气膜。由气膜包裹的液滴在气泡交接液膜面上或者多个气泡的交接轴上继续下坠与液面接触并进入液体内部，随后挣脱液膜的束缚，形成反气泡。优选地，气体可以是空气，也可以根据惰性、密度、溶解度等标准选择其他气体(如氩气、氮气、六氟化硫等)。
[0039]反气泡破碎室2包括冲击波发生器4、电极6和搅拌器5中的一种或多种。冲击波发生器4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2中的反气泡破碎形成微泡。反气泡发生器I产生的反气泡进入反气泡破碎室2形成气液相互混合的体系，由于电极6产生的电场的极化作用，使得较大的液滴、气泡破裂，形成微泡。搅拌器5利用电能转化为机械能，进一步使反气泡及较大的气泡破碎形成微泡。优选地，流体可以是有机物、无机物、溶液、高