一种介质强化反应方法及其实施设备的制作方法

一种介质强化反应方法及其实施设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种介质强化反应的方法及其实施设备，设备包括液压泵、微泡发生器、气体供给装置、气穴发生器。气穴发生器设在第一输送管路上，微泡发生器的下侧通过第二输送管路与回路管路连通，微泡生器的右侧通过供气管路与气体供给装置连通，微泡生器的上侧通过第三输送管路与气穴发生器连通。介质强化反应的方法具有安全可靠、实施容易、效果可控的优点，其实施设备具有结构简单，应用广泛、控制准确的特点。
【专利说明】一种介质强化反应方法及其实施设备

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种介质强化反应方法及其实施设备，尤其是涉及一种利用空穴原理定量供给纳米级微泡使介质发生强化反应的方法及其实施设备。

【背景技术】
[0002]在液流中当某点压力低于液体所在温度下的空气分离压时，溶于液体中的气体会分离出来产生气泡，发生空穴现象，当压力进一步减小而低于液体的饱和蒸汽压时，液体会迅速汽化形成大量蒸汽气泡，使空穴现象更为剧烈，从而使液流呈不连续状态。
[0003]空穴现象使液体在动能作用下产生高频振荡，在振荡波纵向产生正负压区，并生成大量微泡，无数微小气泡在振荡波纵向传播形成的负压区生长，而在正压区迅速闭合，从而在交替正负压强作用下受到压缩和扩张。微泡随液体运动发生相互撞击、摩擦，当微泡急剧爆裂时能形成强大冲击波，释放巨大能量，产生的瞬时冲击波压力可高达几十兆帕至上百兆帕。公知检测得知:空穴现象可使气相反应区的温度达到5000K以上，液相反应区的有效温度达到2000K以上，并伴有强烈的冲击波和100m/S以上的微射流。
[0004]空穴现象能产生机械效应、热效应、化学效应、生物效应等一系列效应。机械效应主要表现在非均相反应界面的增大；化学效应主要表现在微泡急剧爆裂过程中产生的高温高压可使高分子分解、化学键断裂并产生自由基等；热效应主要为水热交换、高热水解反应坐寸ο
[0005]目前各【技术领域】均有利用空穴现象产生的机械效应、热效应、化学效应、生物效应的技术事例，利用机械效应的技术主要包括吸附、结晶、电化学、非均相化学反应、过滤以及超声清洗等；利用化学效应的过程主要包括有机物降解、高分子化学反应、除垢以及自由基反应。
[0006]空穴现象产生的自由基是引发和强化介质反应的根本原因，自由基的数量是影响空穴作用的强度以及介质强化反应效果的重要因素。现有技术中根据空穴现象理论利用其产生的各效应实现可控介质强化反应的技术还需要提升，有目的控制空穴现象产生的自由基技术还不完善。因此，定量提供大小可控的微泡并进而控制利用空穴现象产生的自由基数量对于介质强化反应具有十分重要的意义。


【发明内容】

[0007]本发明的目的是提供一种介质强化反应的方法及其实施设备，介质强化反应的方法具有安全可靠、实施容易、效果可控的优点，其实施设备具有结构简单，应用广泛、控制准确的特点。
[0008]为解决现有技术中利用空穴现象产生的机械效应、热效应、化学效应、生物效应，其可控性较差及控制精度不足的技术问题，本发明实施介质强化反应的实施设备包括液压泵、微泡发生器、气体供给装置、气穴发生器，液压泵的左侧与进料管路连通，液压泵的上侧与第一输送管路的左端连通，液压泵的下侧与回路管路的左端连通，第一输送管路的右端与回路管路的右端连通并同时与出料管路连通；进料管路上设有双向通路阀F1，第一输送管路上设有双向通路阀F2和双向通路阀F3,回路管路上设有双向通路阀F4和双向通路阀F5,出料管路上设有双向通路阀F6 ；
[0009]气穴发生器设在双向通路阀F2和双向通路阀F3之间的第一输送管路上并分别与两侧的第一输送管路连通；微泡发生器的下侧通过第二输送管路与回路管路连通，第二输送管路与回路管路的连通位置设在双向通路阀F4和双向通路阀F5之间，微泡发生器的右侧通过供气管路与气体供给装置连通，微泡发生器的上侧通过第三输送管路与气穴发生器连通；第四输送管路的两端分别与第一输送管路和回路管路连通，第四输送管路与第一输送管路的连通位置设在双向通路阀F2与气穴发生器之间，第四输送管路与回路管路的连通位置设在双向通路阀F4和双向通路阀F5之间。
[0010]优选地，所述双向通路阀F1与液压泵之间的进料管路上设有溶氧度采样仪DO1和氧化还原电位采样仪R1 ;第四输送管路和第一输送管路的连通位置与气穴发生器之间的第一输送管路上依次设有流量测量仪L1、压力测量仪VppH值测量仪PH1、温度测量仪T1 ;气穴发生器与双向通路阀F3之间的第一输送管路上依次设有压力测量仪V2、氧化还原电位采样仪R2、pH值测量仪PH2、温度测量仪T2 ;双向通路微调阀Ftl通过旁路管路分别与气穴发生器和第一输送管路连通，旁路管路与第一输送管路连通的位置设在气穴发生器和压力测量仪V2之间；第二输送管路上设有双向通路阀F7和压力测量仪V3 ;供气管路上设有流量测量仪L2 ;第三输送管路上设有双向通路阀F8 ;第四输送管路上设有双向通路阀F9和流量测量仪L3 ;双向通路阀F6右侧的出料管路上设有流量测量仪L4和溶氧度采样仪DO2。
[0011]优选地，实施设备还包括控制系统，所述控制系统设有可编程逻辑控制器PLC，控制系统用于对进料管路、第一输送管路、回路管路、出料管路、第二输送管路、供气管路、第三输送管路、第四输送管路上的双向通路阀、溶氧度采样仪、氧化还原电位采样仪、流量测量仪、压力测量仪、pH值测量仪、温度测量仪进行数据采样、控制并实现自动管理。
[0012]可选地，所述微泡发生器包括壳体和设置于壳体内腔中的至少一组微泡发生器组件，壳体左侧壁上设有进液口和进气口，壳体右侧壁上设有出料口，相邻微泡发生器组件之间设有环形垫圈；微泡发生器组件由左盖、右盖和设置于左盖与右盖之间的组件盘组合构成，左盖、右盖和组件盘均为圆盘状，左盖和右盖的直径相等且大于组件盘的直径，左盖与右盖的中心均设有贯通孔，壳体上设有用于调整左盖和右盖同轴相对转动的装置；
[0013]左盖的右侧面边缘处设有向右凸起的第一凸起边沿，左盖的右侧面中部设有向右凸起的且与组件盘半径相等的短圆柱，短圆柱的圆周壁与第一凸起边沿的内侧壁之间设有间隙，短圆柱的右端面设有中心凹槽、圆形凹槽和半圆形凹槽，中心凹槽设置一个且设置在短圆柱右侧面中部位置，圆形凹槽设置在中心凹槽的周向外侧，半圆形凹槽设置在短圆柱的边缘，中心凹槽的边缘设有均匀分布的η个半圆形槽，n ^ 3，圆形凹槽的设置个数为η的倍数且沿以中心凹槽为中心的m个同心正η边形的各边均勻分布，m ^ 1，半圆形凹槽的设置个数等于最外侧正η边形各边上分布的圆形凹槽的数量之和，每个半圆形凹槽和相邻的圆形凹槽之间的最小距离均相等，相邻的中心凹槽、圆形凹槽、半圆形凹槽相互之间的最小距离均小于圆形凹槽的半径；优选地，8彡η彡5，6彡m彡3。右盖的左侧面边缘处设有向左凸起的且与左盖上的第一凸起边沿对称的第二凸起边沿，组件盘与右盖通过连接柱固定连接，组件盘的右侧面与右盖的左侧面之间设有间隙，组件盘的圆周壁与第二凸起边沿的内侧壁之间设有间隙；组件盘的左端面设有与短圆柱的右端面相同的凹槽结构；左盖上的第一凸起边沿与右盖上的第二凸起边沿密封贴合，短圆柱的右端面与组件盘的左端面密封贴合。
[0014]可选地，所述气穴发生器包括外壳和设置于外壳中的介质强化反应腔，介质强化反应腔包括两端均开口的粗腔、收缩腔和细腔，粗腔和细腔之间通过收缩腔过渡，粗腔的左端与设置在外壳上的介质进腔口连通，细腔的右端与介质出腔口连通，介质出腔口为向右张开的喇叭状；外壳上还开设有与细腔左端连通的微泡输送通道。
[0015]优选地，所述粗腔的直径为D1，细腔的直径为D2，收缩腔的长度加上细腔的长度为L，0.01 ( (Dl-D2)/L ( 0.1 ;收缩腔的截面边缘线与细腔的截面边缘线的夹角为α，35° < α <75° ;介质出腔口的截面边缘线与细腔的截面右侧边的夹角为β，45。彡 β 彡 85。；进一步优选地，0.015 彡(D1-D2VL 彡 0.03 ;45。彡 α 彡 65。；55° ^ β ^ 75°。
[0016]采用本发明一种介质强化反应的方法的实施设备，控制系统通过打开双向通路阀F1、双向通路阀F2、双向通路阀F3、双向通路阀F6、双向通路阀F7、双向通路阀F8、双向通路阀F9 ;并关闭双向通路阀F4和双向通路阀F5，使介质通过双向通路阀F1进入液压泵，根据介质强化反应目的的不同要求，液压泵以一定压力把介质通过第一输送管路输送给气穴发生器，同时通过第四输送管路、回路管路、第二输送管路输送给微泡发生器，气体供给装置根据需要通过供气管路向微泡发生器输送特定气体，介质与特定气体在气微泡发生器中发生物理化学反应，使介质中含有高浓度纳米级微泡，反应后得到的含有高浓度纳米级微泡的介质混合物通过第三输送管路输送给气穴发生器，并在气穴发生器中与通过第一输送管路输送的介质根据空穴原理发生强化反应。
[0017]在设备运行整个过程中，由控制系统对进料管路、第一输送管路、回路管路、出料管路、第二输送管路、供气管路、第三输送管路、第四输送管路上的双向通路阀、溶氧度采样仪、氧化还原电位采样仪、流量测量仪、压力测量仪、PH值测量仪、温度测量仪进行数据采样、监测、控制并实行自动管理。当控制系统监测得到介质强化反应后得到的产物已达标或符合要求时，就让其通过双向通路阀F6输出；当控制系统监测到介质强化反应后得到的产物没有达到生产制备目的或不符合要求时，就通过关闭双向通路阀F6，并同时打开双向通路阀F4和双向通路阀F5，使不合要求的介质强化反应后的产物通过回路管路回流到液压泵和微泡发生器进行再反应。
[0018]一种介质强化反应方法，包括如下步骤:
[0019]将量子化液体经液压泵通入本发明所述的设备中，溶氧度DO1S 6.12mg/L，氧化还原电位R1为255.6mv ;水温T1为17.(TC ^H1值为6.8-7.0 ;液压泵向设备提供设备供给压力为1.0Mpa，气穴发生器的进口压V1为0.45Mpa ;流量计L1为每分钟80升，流量计L3为每分钟20升，流量计L2为每分钟0.15-0.5升，微泡发生器的进口压V3为0.5-0.6Mpa，气穴发生器的出口压V2为0.02Mpa ;氧化还原电位R2为282.5-382.5mv ;水温T1为72.0-77.(TC，水温差T2-T1 = 55°C, PH1值为2.0-5.8，设备运行正常后，从双向通路阀F5出取样，收集得到含有纳米微泡的产品，每毫升产品中含12-14亿个微泡的密度，含量为0.092-0.628ppm ；
[0020]其中，所述量子化液体为悬浮液，包括量子碳素液和溶剂，所述量子碳素液的浓度是0.1% -0.45%,量子碳素液的添加量为溶剂体积的1% -3%,所述量子碳素液中含有量子碳素。
[0021]本发明所述的介质强化反应方法，其中所述量子碳素包括粒径为0.6-100nm的碳素粒子，所述碳素粒子为单碳和/或石墨烯粒子，在所述碳素粒子的表层具有含有碳、氢、氧、氮的化合物，所述含有碳、氢、氧、氮的化合物包括稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢键的化合物。
[0022]本发明所述的介质强化反应方法，其中所述量子碳素由如下质量百分比的碳素粒子构成:0.6 <粒径< 0.9nm的碳素粒子50 %?95 % >0.9 <粒径< 50.0nm的碳素粒子10%?50%、50 <粒径< 10nm的碳素粒子O %?20% ;所述含有碳、氢、氧、氮的化合物为稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢键的化合物的一种或几种的混合物，其中各元素比例为:C45%?55%，H0.2%?2.0%，N0.1%?0.3%，045%?65% ;所述量子碳素液为含有量子碳素的水溶液，浓度为0.1% -0.45%，所述量子碳素液的ORP为280mv-380mv、电导率σ为l_5ms/cm、电动势为280mv?380mv、pH值为
1.5-3.2 ；
[0023]所述纳米微泡为空气、氧气、氢气、氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、甲烧、乙烧、丙烧、煤气、天然气、一氧化碳、二氧化碳、氧化亚氮、氟化物气体中的一种或几种的混合物；
[0024]所述溶剂为油、水、低碳醇的一种或几种的混合物，所述油为石化油品，轻油或重油，所述水为自来水或海水，所述低碳醇的碳原子数为1-8个，所述低碳醇的纯度为90%以上。
[0025]本发明所述的介质强化反应方法，其中，所述溶剂由如下体积百分数的原料制成:油:30% -80%、水:10% -60%、量子碳素液:溶剂的1% -3% ;低碳醇5% -60%。
[0026]本发明所述的介质强化反应方法，其中，气穴发生器的液体介质强化过程的程度特征，服从韦伯数定理，韦伯数的计算公式为:
[0027]W = P υ 2 I / σ
[0028]其中:P为介质流体密度；
[0029]υ为介质特征流速；
[0030]I为特征长度；
[0031]σ为流体的表面张力系数；
[0032]韦伯数代表惯性力和表面张力效应之比，P介质流体密度为650?2000kg/m3，I特征长度为1mm?1000mm，σ流体的表面张力系数为0.001N/m?0.090N/m，υ为介质特征流速为2.7xl0-5m3/s?2.TxlOWs，介质液体粘度在常温20°C及常压下为1000mPa.s ?15000m Pa.s,气体黏度 100 μ Pa.s ?120 μ Pa.s,介质蒸汽压 0.15kPa ?101.33kPa，所述产品的韦伯数为5?300。
[0033]本发明所述的介质强化反应方法，其中，P介质流体密度为700?1600kg/m3 ；I特征长度为50mm?300mm ； σ流体的表面张力系数为0.ΟΙΟΝ/m?0.078N/m ； υ为介质特征流速为1.4xl0V/s?2.7Xl(r2m3/S，介质液体粘度在常温20°C及常压下为IlOOOmPa.s,气体黏度 110 μ Pa.S。
[0034]下面结合附图所示【具体实施方式】对本发明一种高热值新型燃气及其制备方法与设备作进一步详细说明:

【专利附图】

【附图说明】
[0035]图1为本发明实施介质强化反应的设备的总装结构示意图；
[0036]图2为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器的结构示意图；
[0037]图3为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第一种实施方式的左盖结构示意图；
[0038]图4为图3的A-A截面示意图；
[0039]图5为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第一种实施方式的组件盘结构示意图；
[0040]图6为图5的B-B截面示意图；
[0041]图7为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第一种实施方式的右盖结构示意图；
[0042]图8为图7的B-B截面示意图；
[0043]图9为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第一种实施方式的组件盘与右盖组合时的结构示意图；
[0044]图10为图9的B-B截面示意图；
[0045]图11为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第一种实施方式的左盖、组件盘、右盖组合时的结构示意图；
[0046]图12为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第一种实施方式的左盖和组件盘相对旋转30度时，左盖和组件盘上的凹槽投影示意图；
[0047]图13为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第二种实施方式的左盖结构示意图；
[0048]图14为图13的A-A截面示意图；
[0049]图15为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第二种实施方式的组件盘结构示意图；
[0050]图16为图15的B-B截面示意图；
[0051]图17为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第二种实施方式的右盖结构示意图；
[0052]图18为图17的B-B截面示意图；
[0053]图19为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第二种实施方式的组件盘与右盖组合时的结构示意图；
[0054]图20为图19的B-B截面示意图；
[0055]图21为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第二种实施方式的左盖、组件盘、右盖组合时的结构示意图；
[0056]图22为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第二种实施方式的左盖和组件盘相对旋转25度时，左盖和组件盘上的凹槽投影示意图；
[0057]图23为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第三种实施方式的左盖结构示意图；
[0058]图24为图23的A-A截面示意图；
[0059]图25为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第三种实施方式的组件盘结构示意图；
[0060]图26为图25的B-B截面示意图；
[0061]图27为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第三种实施方式的右盖结构示意图；
[0062]图28为图27的B-B截面示意图；
[0063]图29为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第三种实施方式的组件盘与右盖组合时的结构示意图；
[0064]图30为图29的B-B截面示意图；
[0065]图31为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第三种实施方式的左盖、组件盘、右盖组合时的结构示意图；
[0066]图32为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第三种实施方式的左盖和组件盘相对旋转20度时，左盖和组件盘上的凹槽投影示意图；
[0067]图33为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第四种实施方式的左盖结构示意图；
[0068]图34为图33的A-A截面示意图；
[0069]图35为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第四种实施方式的组件盘结构示意图；
[0070]图36为图35的B-B截面示意图；
[0071]图37为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第四种实施方式的右盖结构示意图；
[0072]图38为图37的B-B截面示意图；
[0073]图39为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第四种实施方式的组件盘与右盖组合时的结构示意图；
[0074]图40为图39的B-B截面示意图；
[0075]图41为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第四种实施方式的左盖、组件盘、右盖组合时的结构示意图；
[0076]图42为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器组件第四种实施方式的左盖和组件盘相对旋转20度时，左盖和组件盘上的凹槽投影示意图；
[0077]图43为本发明实施介质强化反应的设备中微泡发生器所产生的微泡尺寸及频度示意图；
[0078]图44为本发明实施介质强化反应的实施设备中微泡发生器所产生的微泡表面上的电荷及电磁场域示意图；
[0079]图45为本发明一种介质强化反应方法的实施设备中气穴发生器的结构示意图；
[0080]图46为电化学阳极氧化装置的阳极氧化合成反应过程；
[0081]图47为一张采用美国尼高力AVATAR360ESP FT-1R对量子碳素液进行红外光谱(IR)分析结果；
[0082]图48为另一张采用美国尼高力AVATAR360ESP FT-1R对量子碳素粒子进行红外光谱(IR)分析结果；
[0083]图49为采用日本电子公司JEM-2010高分辨率通用型透射电子显微镜进行透射电子显微镜(TEM)分析结果；
[0084]图50为另一张采用日本电子公司JEM-2010高分辨率通用型透射电子显微镜进行透射电子显微镜(TEM)分析结果；
[0085]图51-图57为采用美国维易科(Veeco)精密仪器有限公司的原子力显微镜对本发明的量子碳素进行AFM分析结果；
[0086]图58为采用气相色谱与质谱联用检测本发明的实施例2样品的结果；
[0087]图59为苯六甲酸国际标准红外吸收谱图；
[0088]图60为本发明的实施例3样品的红外吸收光谱分析结果；
[0089]图61石墨碳(carbon graphite)的XRD标准卡片图，卡片号为75-1621 ；
[0090]图62为采用日本理学Rigaku公司的Automated D/Max B型衍射仪对量子碳素液中的固体物质进行检测的结果图；
[0091]图63为量子碳素粒子X射线光电子能谱(XPS)分析图；
[0092]图64为对量子碳素粒子中的Cls进行窄谱分析(电子能谱分析)图；
[0093]图65对量子碳素粒子中的Ols进行窄谱分析(电子能谱分析)图。
[0094]附图中的英文与中文对照如下:
[0095]Digital Instruments NanoScope 纳米尺度数显仪器
[0096]Scan size 扫描尺寸范围LOOOum
[0097]Scan rate 扫描频率1.969Hz
[0098]Number of samples 样品数量 256ml
[0099]Image Data 图像数据取最大点
[0100]Data scale 数据比例尺度2.0OOnm
[0101]View angle 视角
[0102]Light angle 光线角度
[0103]X 0.200 um/div X 轴 0.200 微米 / 刻度
[0104]Z 2.000 nm/div Z 轴 2.000 纳米 / 刻度
[0105]Odeg O 度
[0106]Sect1n Analysis截面分析
[0107]Spectrum光谱
[0108]Surface distance纵向距离
[0109]Horiz distance (L)水平方向距离
[0110]Vert distance垂直方向
[0111]Angle deg角度度
[0112]Spectral per1dDC 光谱周波直流
[0113]Spectral freqOHz 光谱频率 OHz
[0114]Spectral RMS amp Onm 光谱 RMS 放大器 O 纳米
[0115]% Transmittance透射率％
[0116]Wavenumbers (cm-1)周波数 cm_l
[0117]BENZENEHEXACARBOXYLIC ACID 苯六甲酸
[0118]Relative Abundance 相对丰度
[0119]Time (min)时间(秒)
[0120]m/z质荷比
[0121]2-theta scale2 Θ 衍射角
[0122]Intensity强度
[0123]Binding Energy (eV)电子结合能(电子伏)
[0124]C/S光电子的测量强度

【具体实施方式】
[0125]本发明一种介质强化反应方法，具有安全可靠、实施容易、效果可控的优点，其实施设备结构简单、应用广泛、控制准确。
[0126]如图1所示，是本发明一种介质强化反应方法的实施设备的总装结构示意图，包括液压泵1、微泡发生器2、气体供给装置3、气穴发生器4，液压泵I的左侧与进料管路5连通，液压泵I的上侧与第一输送管路6的左端连通，液压泵I的下侧与回路管路7的左端连通，第一输送管路6右端与回路管路7右端连通并同时与出料管路8连通；进料管路5上设有双向通路阀F1，第一输送管路6上设有双向通路阀F2和双向通路阀F3,回路管路7上设有双向通路阀F4和双向通路阀F5,出料管路8上设有双向通路阀F6。
[0127]气穴发生器4设在双向通路阀F2和双向通路阀F3之间的第一输送管路6上并分别与两侧的第一输送管路6连通；微泡发生器2的下侧通过第二输送管路9与回路管路7连通，第二输送管路9与回路管路7的连通位置设在双向通路阀F4和双向通路阀F5之间，微泡发生器2的右侧通过供气管路10与气体供给装置3连通，微泡发生器2的上侧通过第三输送管路11与气穴发生器4连通；第四输送管路12的两端分别与第一输送管路6和回路管路7连通，第四输送管路12与第一输送管路6的连通位置设在双向通路阀F2与气穴发生器4之间，第四输送管路12与回路管路7的连通位置设在双向通路阀F4和双向通路阀F5之间。
[0128]需要说明的是，为对各管路中的介质进行采样，测量介质的流量、液压、pH值和温度，可以在双向通路阀F1与液压泵I之间的进料管路5上设置溶氧度采样仪DO1和氧化还原电位采样仪R1 ;在第四输送管路12和第一输送管路6的连通位置与气穴发生器4之间的第一输送管路6上依次设置流量测量仪L1、压力测量仪％、pH值测量仪PH1、温度测量仪T1 ；在气穴发生器4与双向通路阀F3之间的第一输送管路6上依次设置压力测量仪V2、氧化还原电位采样仪R2、pH值测量仪PH2、温度测量仪T2 ;双向通路微调阀Ftl通过旁路管路分别与气穴发生器4和第一输送管路6连通，旁路管路与第一输送管路6连通的位置设在气穴发生器4和压力测量仪V2之间，双向通路阀Ftl用于对气穴发生器4的运行状态进行微调；在第二输送管路9上设置双向通路阀F7和压力测量仪V3 ;在供气管路10上设置流量测量仪L2 ;在第三输送管路11上设置双向通路阀F8 ;在第四输送管路12上设置双向通路阀F9和流量测量仪L3 ;在双向通路阀F6右侧的出料管路8上设置流量测量仪L4和溶氧度采样仪DO2。
[0129]进一步地，为实现实时监控，提高自动化管理程度，还可增设控制系统(图中未示出)，在控制系统中设置可编程逻辑控制器PLC，控制系统用于对进料管路5、第一输送管路
6、回路管路7、出料管路8、第二输送管路9、供气管路10、第三输送管路11、第四输送管路12上的双向通路阀、溶氧度采样仪、氧化还原电位采样仪、、流量测量仪、压力测量仪、pH值测量仪、温度测量仪进行数据采样、监测、控制以实现自动管理。
[0130]如图2所示，微泡发生器2包括壳体和设置于壳体内腔中的五组微泡发生器组件，需要说明的是，微泡发生器的组数不限五组，只要设置一组以上即可实施本发明目的。在壳体左侧壁上设置进液口 201和进气口 202，在壳体右侧壁上设置出料口 203，并在相邻微泡发生器组件之间设置环形垫圈204，以使微泡发生器组件之间相对固定；微泡发生器组件由左盖21、右盖22和设置于左盖21与右盖22之间的组件盘23组合构成，左盖21、右盖22和组件盘23均设为圆盘状，左盖21和右盖22的直径设置相等且要大于组件盘23的直径，左盖21与右盖22的中心均设有贯通孔，壳体上设有用于调整左盖21和右盖22同轴相对转动的装置(图中未示出)。
[0131]需要说明的是，微泡发生器组件可以有不同的结构设计，只要使左盖21和组件盘23上的凹槽成对称设计，当两者相对同轴转动一定角度时使两者上的各凹槽能相互连通即可。
[0132]如图3至图12所示，是微泡发生器组件第一种实施方式，在左盖21的右侧面边缘处设置向右凸起的第一凸起边沿2101，在左盖21的右侧面中部设置向右凸起的且与组件盘23半径相等的短圆柱2102，使短圆柱2102的圆周壁与第一凸起边沿2101的内侧壁之间留有间隙；在短圆柱2102的右端面设置一个中心凹槽2103、十二个圆形凹槽2104和十二个半圆形凹槽2105，中心凹槽2103设置在短圆柱2102的右侧面中部位置，中心凹槽2103的边缘设有均匀分布的六个半圆形槽，圆形凹槽2104设置在中心凹槽2103的周向外侧且沿正六连的各边均匀分布，半圆形凹槽2105设置在短圆柱2102的边缘且使每个半圆形凹槽2105和相邻的圆形凹槽2104之间的最小距离均相等，并使相邻的中心凹槽2103、圆形凹槽2104、半圆形凹槽2105相互之间的最小距离均小于圆形凹槽2104的半径。
[0133]在右盖22的左侧面边缘处设置向左凸起的且与左盖21上的第一凸起边沿2101对称的第二凸起边沿2201，组件盘23与右盖22通过连接柱24固定连接，使组件盘23的右侧面与右盖22的左侧面之间留有间隙，组件盘23的圆周壁与第二凸起边沿2201的内侧壁之间留有间隙。在组件盘23的左端面设置与短圆柱2102的右端面相同的凹槽结构。当左盖21、组件盘23和右盖22组装成微泡发生器组件时，左盖21上的第一凸起边沿2101要与右盖22上的第二凸起边沿2201实现密封贴合，短圆柱2102的右端面也要与组件盘12的左端面实现密封贴合。
[0134]如图13至图22所示，为微泡发生器组件的第二种实施方式，其结构与第一种实施方式不同的是，增设十八个圆形凹槽2104，并让增设的圆形凹槽2104均匀分布在原有圆形凹槽2104外侧的正六边形的各边上；同时把半圆形凹槽2105增加为十八个，同样要使每个半圆形凹槽2105和相邻的圆形凹槽2104之间的最小距离均相等，并使相邻的中心凹槽2103、圆形凹槽2104、半圆形凹槽2105相互之间的最小距离均小于圆形凹槽2104的半径。第二种实施方式使微泡发生器组件包含了两重圆形凹槽2104的结构。通过增加圆形凹槽2104和半圆形凹槽2105数量，可以使微泡发生器包含更多的微泡发生腔，使气液混合物在微泡发生器中进行更为彻底的物理化学反应，使控制更为精确。需要说明的是，理论上可以把微泡发生器组件设计成包含无数重圆形凹槽2104的结构，基于使用目的和制造成本，可根据实际需要选择应用。
[0135]如图23至图32所示，为微泡发生器组件的第三种实施方式，其结构与第二种实施方式不同的是，在短圆柱2102的右侧面通过设置一个中心凹槽2103、二十五个圆形凹槽2104和十五个半圆形凹槽2105,在中心凹槽2103的边缘设置均勻分布的五个半圆形槽,使圆形凹槽2104均勻分布在两个同心正五边形的各边上，同样要使每个半圆形凹槽2105和相邻的圆形凹槽2104之间的最小距离均相等，并使相邻的中心凹槽2103、圆形凹槽2104、半圆形凹槽2105相互之间的最小距离均小于圆形凹槽2104的半径。
[0136]如图33至图42所示为微泡发生器组件的第四种实施方式，其结构与第二种和第三种实施方式不同的是，在短圆柱2102的右侧面通过设置一个中心凹槽2103、三十五个圆形凹槽2104和二^^一个半圆形凹槽2105，在中心凹槽2103的边缘设置均匀分布的七个半圆形槽，使圆形凹槽2104均匀分布在两个同心正七边形的各边上，同样要使每个半圆形凹槽2105和相邻的圆形凹槽2104之间的最小距离均相等，并使相邻的中心凹槽2103、圆形凹槽2104、半圆形凹槽2105相互之间的最小距离均小于圆形凹槽2104的半径。
[0137]需要说明的是，微泡发生器组件的结构不限于以上列举的实施例，可以在中心凹槽的边缘通过设置均匀分布的η个半圆形槽，把圆形凹槽的设置个数为η的倍数且沿以中心凹槽为中心的m个同心正η边形的各边均匀分布，并把半圆形凹槽的设置个数等于最外侧正η边形各边上分布的圆形凹槽的数量之和，同时使每个半圆形凹槽和相邻的圆形凹槽之间的最小距离均相等，使相邻的中心凹槽、圆形凹槽、半圆形凹槽相互之间的最小距离均小于圆形凹槽的半径。理论上使η > 3, I的结构设计均可实现本发明目的，考虑到使用需要和设计制造成本等因素，8彡η彡5,6彡m彡2时最为合适,且效果最好控制。
[0138]当左盖21和组件盘23上的各凹槽处于对称位置时，左盖21和组件盘23上的各凹槽配合形成多个封闭的微泡发生腔，左盖21中部的贯通孔与右盖22中部的贯通孔因微泡发生腔封闭不连通，当左盖21和右盖22相对旋转一定角度时，由于组件盘23与右盖22是固定连接的，左盖21上的短圆柱2102右侧面的各凹槽和组件盘23左侧面的对应凹槽应会相互错开，由于各凹槽之间的距离小于圆形凹槽2104的半径，而且圆形凹槽2104是按正六边形的各边均匀分布的，各微泡发生腔应会因此相互连通，并通过右盖22和左盖21与组件盘23之间因留有间隙形成的通道，使左盖21中部的贯通孔与右盖22中部的贯通孔之间形成有效通路。液体介质和气体介质由左盖21中间的贯通孔进入微泡发生器组件，气液混合物微泡初生后，在不同参数状态下的微泡发生腔中进行发育、膨胀、压缩、溃变，经过多组微泡发生器组件反复地发生压溃拉伸回弹再生，使微泡的尺寸每再生一次则裂变为无数个小尺寸微泡。
[0139]需要说明的是，通过调整左盖21和组件盘23同轴旋转的相对角度、供气量的多少、介质的流量、液压、温度及运动粘度等技术参数，可有效控制微泡的尺寸和密度。通常使用情下，液体介质压力范围为0.0lMpa?10Mpa,优选0.02Mpa?1Mpa ;液体介质流量范围为0.01升/分钟?100升/分钟,优选0.1升/分钟?30升/分钟；液体介质运动粘度范围:0.20mm2/s?180.00mm2/s,优选0.50mm2/s?180.00mm2/s ;气体介质运动粘度范围为1.00mm2/s?110.00mm2/s，优选1.20mm2/s?30.00mm2/s。本发明微泡发生器可批量产出含有25nm级以下的高浓度纳米级微泡的介质混合物。如图43所示，为纳米级微泡的尺寸和浓度的频度图，微泡尺寸在10nm左右时频度最大，约为每毫升含12亿个微泡的浓度。如图44所示，在微泡生成过程中，当微泡尺寸达到纳米级以下时，由于电离、离子吸附、离子取代、摩擦接触等各种因素相互影响，微泡表面会集聚大量负电荷。由于带电微粒会吸引分散的带相反电荷的离子，距离微泡表面较近的离子就会被强烈束缚着，距离微泡表面较远的离子则会形成一个松散的电子云。根据电容原理就会形成双电层的对称电离层，从而在每个微泡周围形成球形超级电场，且会吸引介质溶液中带相反电荷的离子一起运动。微泡携带电场能量在介质中能形成能量气穴，使更多能量参与介质强化反应。
[0140]气穴发生器4包括外壳和设置于外壳中的介质强化反应腔，介质强化反应腔包括两端均开口的粗腔41、收缩腔42和细腔43，粗腔41和细腔43之间通过收缩腔42过渡，粗腔41的左端与设置在外壳上的介质进腔口连通，细腔43的右端与介质出腔口 44连通，介质出腔口 44为向右张开的喇叭状；外壳上还开设有与细腔43左端连通的微泡输送通道。
[0141]设粗腔41的直径为D1,细腔43的直径为D2,收缩腔42的长度加上细腔43的长度为L，使0.01 ( (D1-D2)/L ( 0.1 ;设收缩腔42的截面边缘线与细腔43的截面边缘线的夹角为α，使35°彡α彡75° ;设介质出腔口 44的截面边缘线与细腔43的截面右侧边的夹角为β，使45°彡β彡85°。作为进一步的优选方式，0.015彡(D1-D2)/L ^ 0.03 ；45° ^ a ^ 65° ;55° 彡 β 彡 75°。
[0142]介质在气穴发生器4中发生强化反应的过程如下，液压泵将介质以一定压强输送到气穴发生器4，依次流经粗腔41、收缩腔42和细腔43，强化反应后从介质出腔口 44输出。介质从粗腔41流向收缩腔42的过程中，由于腔体收缩介质流速增强，此时介质压力主要表现为动压。在细腔43左端处由于通入了含有高浓度纳米级微泡的介质混合体，介质中的压力释放，从而产生负压区，相当于腔体进一步缩小，介质流速进一步加快，并吸入大量纳米级微泡；介质流过负压区后，压强恢复，液体流速下降，介质动压变换为静压；在介质出腔口 44处，由于出腔口突然变大，介质经过充分的微泡加压溶解后，加之液体已成为过饱和状态，会产生大量的高速射流，能量释放，检测表明，此阶段介质温度可达40°C?250°C。需要说明的是，根据制备和使用目的不同，可对液压泵的输送压、介质流量及温度，以及输送微泡的流量及压强进行调整。
[0143]本发明在充分地研究水的性质以及和纳米微泡相互作用的基础上，提出制备纳米微泡的方法和定量供给气穴，达到更丰富的自由基对空穴的强化效果，从而达到高效绿色能源的目的。
[0144]水的基本性质是:溶点(TC、沸点100°C、临界温度373.99 °C、最大密度温度
3.98 °C、表面张力 72.75gyn/cm、阻抗 2.5 X 107 Ω cm、O-H 间距 0.09572nm、H-O-H 角度104.52。、水离解 H+、OH-的离子积(250C )是= L27X10-14。本发明发现，如果改变H-O-H角度的话，那么水的性质和水与其他物质的溶合性都将发生变化。众所周知，现在有很多方法来改变水的性质并得以应用。例如电解水以及使用磁石的方法使H+、OH-离子化产生影响，并试图使水分子团变得更小，使水得到特殊的性质加以应用。最近也常有碳氢燃料通过磁场可以提高燃烧效率减少成本的报道等等事例很多，但是，不是作用力过小达不到预想的效果就是高成本难以实施应用。
[0145]本发明利用了水分子量子化控制制备方法，着重于全面改变水的各项指标和性质，在水分子之间、H-O-H之间、O-H之间赋予多波段共鸣谐振场和纳米级微泡超级电场，使水的原有性质发生如下变化:水的表面张力从72.75gyn/Cm可以下降到趋向于极小数值；H-O-H的角度104.52°变为145-160° (推算)；阻抗从2.5X 107 Ω cm趋向O ;溶点由(TC变为-20°C以下等等性质发生变化。如果从水分子的H-O-H的角度104.52°变为145-160°的话，那么水的六角形的二十个集合体面都分别分离出一个氢离子，这样，水的物理性如压力、热、磁场等产生影响，同时可以制备出高浓度量子化水体。
[0146]本发明制备出高浓度量子化水体，所述量子化水体是指纯净非离子水、自来水以及物质溶解水中，施加特定量的量子碳素组成的液体水。并采用了特殊结构和物理方法制备纳米气体微泡来实施的方法，所述纳米气体的性质可以是空气，氧、氢、氮、氩、氦、氖、氪等单质气体、甲烷、乙烷、丙烷等烷烃气体，煤气、天然气等石化气体、一氧化碳、二氧化碳、氧化亚氮等碳氧化气体、氟化物气体等，包括上述气体的混合气体。利用水基液体的改性和纳米微泡制备提供，并与气穴产生机制的配合，产生高温高压、自由基、冲击波和高速射流等的高热效应、化学效应、光电学等一系列气穴效应。
[0147]实施例1
[0148]将量子化液体经液压泵I通入本发明的设备中，溶氧度DO1为6.12mg/L,氧化还原电位R1为255.6mv ;水温T1为17.(TC ^H1值为6.8-7.0 ;液压泵I向设备提供设备供给压力为1.0Mpa，气穴发生器4的进口压V1S 0.45Mpa ;流量计L1为每分钟80升，流量计L3为每分钟20升，流量计L2为每分钟0.15-0.5升，微泡发生器2的进口压V3为0.5-0.6Mpa，气穴发生器4的出口压％为0.02Mpa ;氧化还原电位R2为282.5-382.5mv ;水温1\为72.0-77.(TC，水温差T2-T1 = 55°C, PH1值为2.0-5.8，设备运行正常后，从双向通路阀F5出取样，收集得到含有纳米微泡的产品，每毫升产品中含12-14亿个微泡的密度，含量为0.092-0.628ppm ；
[0149]其中，量子化液体为悬浮液，包括量子碳素液和溶剂，量子碳素液的浓度是
0.1 % -0.45%,量子碳素液的添加量为溶剂的1% -3%,量子碳素液中包括量子碳素。
[0150]量子碳素，包括粒径为0.6-100nm的碳素粒子，碳素粒子为单碳和/或石墨烯粒子，在碳素粒子的表层具有含有碳、氢、氧、氮的化合物，含有碳、氢、氧、氮的化合物包括稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢键的化合物。
[0151]优选的是，量子碳素由如下质量百分比的碳素粒子构成:0.6彡粒径彡0.9nm的碳素粒子50%?95%、0.9 <粒径< 50.0nm的碳素粒子10%?50%、50彡粒径彡10nm的碳素粒子0%?20% ;含有碳、氢、氧、氮的化合物为稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢键的化合物的一种或几种的混合物，其中各元素比例为:C45%?55%，H0.2%?2.0%，N 0.1 %?0.3%，O 45% ?65%。
[0152]元素分析结果采用美国EAI公司CE-440型快速元素分析仪得到的，分析精度:
0.15%，分析准确度:0.15%,比例关系可以看出，量子碳素粒子整体上含氧基团的数目很闻。
[0153]更优选的是，本发明中稠环芳烃结构中的碳元素content0.433，结构式如下(不限于以下结构式):
[0154]

I I

I I
[0155]优选的是，碳氧单键结构中的碳元素结构式content0.335如下(不限于以下结构式):
[0156]


OH
[0157]优选的是，碳氧双键结构中的碳元素结构式content0.232如下，(不限于以下结构式):
[0158]
COOH0、_OI
[0159]量子碳素中的各元素比例为:C50.19%, H0.42%, N0.22%, 049.17%时。量子碳素中的碳元素是稠环芳烃结构碳，质量百分比为43.3 %，碳氧单键结构中的碳元素质量百分比为33.5%，碳氧双键结构中的碳元素质量百分比为23.2%。碳氧单键结构中的氧元素质量百分比为54.3%，碳氧双键结构中的氧元素质量百分比为45.7%。量子碳素液的特性指标为:0RP为360mv、电导率σ为2.0ms/cm、pH值为2.2、浓度为0.40%。
[0160]量子碳素液，其中量子碳素液为含有量子碳素的水溶液，量子碳素液的ORP为280mv-380mv、电导率 σ 为 l_5ms/cm、电动势为 280mv ?380mv、pH 值为 1.5-3.2、浓度为
0.1% -0.45%。
[0161]纯净的碳粒子表面应该是碱性的，因为其的微晶表面是由巨大的芳香稠环结构组成的，这是路易斯碱，在水中易吸收氢离子而使周围液体呈碱性，酸性只是在表面键合氧到一定程度抵消路易斯碱性后出现的，PH值就是碳纳米粒子表面含氧量的标志，pH值的高低主要取决于碳纳米粒子表面含氧基团的数目。
[0162]本发明中:
[0163]图46为电化学阳极氧化装置的阳极氧化合成反应过程，从中可以看出液体水在纳米微泡的作用下有大量的O2氧原子基团以及H+、0『离子等基团产物，石墨碳在电化学阳极氧化过程中，产生碳碳键断裂形成大量的碳悬键，在于液态中的原子以及离子基团结合时，形成了图中示意的碳烯表面各基团的化学修饰图。
[0164]图47为一张采用美国尼高力AVATAR 360 ESP FT-1R仪器量子碳素液进行红外光谱(IR)分析结果，发现红外谱图与纯水的谱图基本一致，这表明碳纳米的水悬浮液中除水外不含其他溶剂；
[0165]图48为另一张采用美国尼高力AVATAR 360 ESP FT-1R对量子碳素粒子进行红外光谱(IR)分析结果，发现3434cm-l处的峰应为吸附水中的羟基一 OH吸收峰；1701cm-l处的吸收峰在表面羧基上的C = O基的特征吸收峰；1449cm-l和861cm_l是碳碳双键C = C的吸收区域；1232cm-l处是表面羧基中的-OH Rocking bending变形振动吸收峰；
[0166]图49为采用日本电子公司JEM-2010高分辨率通用型透射电子显微镜进行透射电子显微镜(TEM)分析结果，从中可以看出不同放大倍数下的纳米粒子形态30万倍(40nm标尺)、50万倍(2Onm标尺)、80万倍(1nm标尺)。
[0167]图50为另一张采用日本电子公司JEM-2010高分辨率通用型透射电子显微镜进行透射电子显微镜(TEM)分析结果，从中可以看出放大倍数100万倍(5nm标尺)时的石墨烯表面(二维)纹路(原子间隙)清晰可见。
[0168]图51-图57为采用美国维易科(Veeco)精密仪器有限公司的原子力显微镜对本发明的量子碳素进行AFM分析结果，从测量数据中可知量子碳素的粒径为0.6?0.9nm,量子化碳素粒子具有良好的分散性，其粒径AFM的结果与TEM的结果基本相一致；
[0169]图58为采用气相色谱与质谱联用检测本发明的实施例2样品的结果，气相色谱和质谱的共同联用分析，色谱检测的成分只有一种(色谱只有一个峰)，对照两种检测物出现峰的时间可知，样品的主要成分一样，再根据质谱分析，可知主要成分是正辛烷C8H18 ；
[0170]图59为苯六甲酸的国际标准红外吸收谱图；
[0171]图60为本发明的实施例3样品的红外吸收光谱分析结果，与苯六甲酸的国际标准吸收谱对照可知样品的成分结构为苯六甲酸物质。
[0172]图61石墨碳(carbon graphite)的XRD标准卡片图，卡片号为75-1621。
[0173]图62为采用日本理学Rigaku公司的Automated D/Max B型衍射仪对量子碳素液中的固体物质进行检测的结果图，X射线衍射分析(XRD)分析中可以看出，XRD标准卡片得知量子碳素液中的物质为石墨。
[0174]图63为量子碳素粒子X射线光电子能谱(XPS)分析图，日本真空(ULVAC-pHI)公司扫描成像、X射线光电子能谱(pHI Quantera)结果中可以看出对于表面碳氧相对含量的分析采用原子灵敏度因子法测量，可算出量子碳素粒子表面的碳和氧的质量百分比为59.8%和 40.2% ；
[0175]图64为对量子碳素粒子中的Cls进行窄谱分析(电子能谱分析)图；从中可以看出，碳元素主要以稠环芳烃结构碳(代号I)存在，质量百分比为43.3%，碳氧单键结构(代号2)中的碳元素质量百分比为33.5%，碳氧双键结构(代号3)中的碳元素质量百分比为23.2%。
[0176]图65对量子碳素粒子中的Ols进行窄谱分析(电子能谱分析)图；量子碳素中的所有氧元素中，碳氧单键结构(代号I)中的氧元素质量百分比为54.3%，碳氧双键结构(代号2)中的氧元素质量百分比为45.7%。
[0177]纳米微泡为空气、氧气、氢气、氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、甲烷、乙烷、丙烷、煤气、天然气、一氧化碳、二氧化碳、氧化亚氮、氟化物气体中的一种或几种的混合物。量子化液体还包括添加剂，添加剂为环烷酸、金属盐类中的一种或几种的混合物，添加剂的添加量为量子化液体质量的0.1% -1%。
[0178]气穴发生器的液体介质强化过程的程度特征，服从韦伯数定理，韦伯数的计算公式为:
[0179]W= P υ 2 I / σ
[0180]其中:P为介质流体密度；
[0181]U为介质特征流速；
[0182]I为特征长度；
[0183]σ为流体的表面张力系数；
[0184]韦伯数代表惯性力和表面张力效应之比，P介质流体密度为650?2000kg/m3，I特征长度为1mm?1000mm，σ流体的表面张力系数为0.001N/m?0.090N/m，υ为介质特征流速为2.7xl0-5m3/s?2.TxlOWs，介质液体粘度在常温20°C及常压下为1000mPa.s ?15000mPa.s,气体黏度 100 μ Pa.s ?120 μ Pa.s,介质蒸汽压 0.15kPa ?101.33kPa，产品的韦伯数为5?300。
[0185]优选的是，P介质流体密度为700?1600kg/m3 ； I特征长度为50mm?300mm ；σ流体的表面张力系数为0.ΟΙΟΝ/m?0.078N/m ； υ为介质特征流速为1.4xl0_4m3/s?
2.7xl0_2m3/s，介质液体粘度在常温20°C及常压下为IlOOOrn Pa.S，气体黏度110 μ Pa.S。
[0186]实施例2
[0187]液体介质为纯水时的液体改质例
[0188]pH值为6.5?7.2、电阻值为120ΜΩ的去离子水(相当于二次蒸馏水)，经液压泵I进入本发明系统。溶氧度(inolab Oxi Level2溶氧仪，德国WTW公司)DO1为6.12mg/L ;氧化还原电位(IIANNA211酸度仪，意大利哈纳公司)R1为255.6mv ;水温T1为17.0°C ；ρΗ1值为
6.8 ;液压泵I向系统提供系统供给压力为1.0Mpa ;气穴发生器4的进口压V1为0.45Mpa (双向通路阀Ftl是气穴发生器4的最佳状态微调阀)；流量计(LRT-1，上海鹤吉自动化仪表公司为每分钟80升；流量计L3为每分钟20升；气体供给装置3的介质为空气，流量计L2为每分钟0.15升；微泡发生器组件2为单组；微泡发生器组件2的进口压V3为0.5Mpa。本发明装置运行正常后，从双向通路_F5出取样，用激光衍射粒度分析仪(LS-13-320，美国贝克曼库尔特公司)对水中含有的气泡的大小进行测定检测得到，液体中微泡尺寸在10nm左右时频度最大，每毫升约含12亿个微泡的密度。如图42所示纳米级微泡的尺寸和浓度的频度图。如上取样的处理微泡直径按照10nm计算，微泡的体积=(π/6) (100X10 一 9)3=5.23X 10 —22m3 = 5.23X10 —16cm3 ;那么 12 亿个微泡的体积=1.2X 109X5.23X 10 —16=6.28X10 —7cm3。结果表示微泡在液体中的含量为ppm以下，但数量巨大且因每粒微泡均携带电场能量能在介质中形成能量气穴，可使更多能量参与介质强化反应。如图43所示微泡其上的电荷电磁场域示意图。本发明如的气穴发生器4对于来自纯水和富含微泡液体进行液体强化改质反应处理。经过气穴发生器4强化改质反应后，本实施例的液体的性质得到改变。气穴发生器4的出口压V2为0.02Mpa ;氧化还原电位R2为382.5mv ;水温T1为72.(TC (水温差T2-T1 = 55。。) ^H1值为2.2 ;液体中溶存约12亿个微泡，含量0.628ppm。。这种性质的液体可广泛应用于热源提供系统、水处理、清洗及固体和液体进行超细微化和均勻化，提闻流体的品质等等领域。
[0189]实施例3
[0190]富氧水体例
[0191]pH值为6.5?7.2、电阻值为120ΜΩ的去离子水(相当于二次蒸馏水)，经液压泵I进入本发明系统。溶氧度DO1为6.12mg/L ;氧化还原电位R1为255.6mv ;水温T1为17.(TC TH1值为6.8 ;液压泵I向系统提供系统供给压力为1.0Mpa;气穴发生器4的进口压V1为0.45Mpa(双向通路阀Ftl是气穴发生器4的最佳状态微调阀)；流量计L1为每分钟80升；流量计L3为每分钟20升；气体供给装置3的介质为氧气02，流量计L2为每分钟0.20升；微泡发生器组件2为八组；微泡发生器组件2的进口压V3为0.6Mpa。本发明装置运行正常后，从双向通路阀F5出取样，用激光衍射粒度分析仪对水中含有的氧气气泡的大小进行测定检测得到，液体中微泡尺寸在50nm左右时频度最大，每毫升约含14亿个微泡的密度。本发明如的气穴发生器4对于来自纯水和富含氧气微泡液体进行液体强化改质反应处理。气穴发生器4的出口压V2为0.02Mpa ;氧化还原电位R2为380.5mv ;水温T1为77.(TC (水温差T2-T1 = 600C ) ^H1值为2.0 ;液体中溶存约14亿个微泡，含量0.092ppm。。这种性质的液体可广泛应用于热源提供系统、高富氧水、水处理、清洗及固体和液体进行超细微化和均勻化，提闻流体的品质等等领域。
[0192]实施例4
[0193]保鲜水液体例
[0194]自来水(包括海水)，经液压泵I进入本发明系统。溶氧度DO1为6.12mg/L ;氧化还原电位R1为255.6mv ;水温T1为17.(TC ^H1值为7.0 ;液压泵I向系统提供系统供给压力为1.0Mpa ;气穴发生器4的进口压V1为0.45Mpa (双向通路阀Ftl是气穴发生器4的最佳状态微调阀)；流量计L1为每分钟80升；流量计L3为每分钟20升；气体供给装置3的介质为氮气N2，流量计L2为每分钟0.5升；微泡发生器组件2为五组；微泡发生器组件2的进口压V3为0.5Mpa。本发明装置运行正常后，从双向通路阀F5出取样，用激光衍射粒度分析仪对水中含有的气泡的大小进行测定检测得到，液体中微泡尺寸在80nm左右时频度最大，每毫升约含13亿个微泡的密度。本发明如的气穴发生器4对于来自纯水和富含氮气微泡液体进行液体强化改质反应处理。气穴发生器4的出口压V2为0.02Mpa ;氧化还原电位R2为282.5mv ;水温T1为75.(TC (水温差T2-T1 = 58°C ) ^H1值为5.8 ;液体中溶存约13亿个微泡，含量0.350ppm。。这种性质的液体可广泛应用于动植物保鲜和食品保质等等领域。
[0195]通过本发明装置可以对液体和液体、液体和氧、氢、氮等的气体；以及石油、脂肪类、纯水、自来水、海水等液体流体的改质为对象、也可以进行海藻类等的固体和液体进行超细微化和均匀化，提高流体的品质，可以在产业上的广泛领域加以利用。
[0196]实施例5
[0197]生物柴油是一种高级脂肪酸低碳烷基脂，以各种油脂为原料，与低碳醇经酯化或转酯化处理制备成液体燃料，是优质的石化油替代品，是典型的绿色能源。油脂原料包括蓖麻、棕榈、大豆、膏桐、橡胶、棉花、菜油、花生、乌桕等植物油料，以及野生油料植物和工程微藻等水生植物及微生物油脂、动物油脂、废弃餐饮油、植物油加工下脚料等等，本发明制备方法和设备进行酯交换工艺，制成可代替石化柴油的再生性生物柴油燃料并得到特殊的效果。具体举例如表I所示:
[0198]表1.各燃料参数
[0199]
[Jf反应物................原枓指标I 反应条件产物指标I产率备注
VI κο I ch4 I ww^^ 催化_
__kg.mgKOH/g) I H I O I T ISQ14214A__姻环利用
Π 蓖麻泊—^ 1000 155 I 20 250 0:30^992^ 问1:.|2 Mmii 1000 4 I 8 167 0.15—99.9 同 K
Π ——动植物Λ-- I 1000 195 30 450 0.45^<)?^ P]il
R iiS 1000 125 15 350 0.35—983 — 同 f:
[0200]实施例6
[0201]我国燃煤工业锅炉约有60万台，年耗原煤约8亿吨左右，还有大量的民用燃煤锅炉，能效水平低下、污染物排放严重、自动化水平低等问题，已成为全国最严重的煤烟型污染源和各地雾霾源。已经到了必须解决的重大国家政策和社会问题。“十二五”规划纲要明确提出在规划的时期内，关停和整改燃煤锅炉，还蓝天与民。本发明提供了零排放节能型制热供热方法。以供暖为例，本发明制热供热与燃煤锅炉及燃油锅炉进行实例比较结果如表2所示:
[0202]表2.本发明制热供热与燃煤锅炉及燃油锅炉比较
[0203]
设备———燃煤爾丨...................................燃油锅炉...........................1—本发明制热..................................备注..............................................................................能源煤柴油I电方式__TfOi__TKit_I 水暖__
安全明火及隐患明火及隐患 I安全环保—严重污染———污染严重——I零排酸.......................................................................................................................................................................寿命3-5屯_ 3-5本I长期发_本律寿命约30年
—自抟............................................All:(■持岗_yf).........................Αχ(鋳_^)I……全自动—"(￡)■—...................................................................................................................能耗__S__a_Ijk________
_____效益..............................______羌................................................................................______........................................................................]_____I[___ 社会及经济_____________
以燃煤、燃油、电热的热水锅炉和本发明设备进?-rM等时__泠参数条件不的比较?为/便f 比较?Ι.兑.将if燃料统?折兑成鉍淮煤的热沿来il% 鲁(fe煤，吨)
燃煤锅炉__35.5— 8.527 [ 76.167.4
3ij--^I^sbjm3
丨 U 炉38.9 — 32:8...................................6.1 I 15.6 [.............................................................................................0
[0204]实施例7
[0205]本发明对油脂加水的油水均质微乳分散混合的清洁制造方法。适用于石油燃料包括轻质油、重质油、含杂质废油及废油、植物油、对改善地球环境,更有效地利用有限的石油资源具有重要的意义。油中掺入水，通过本发明装置添加一定量的添加剂对水进行改性，和石油具有相溶性而形成的W/0微乳剂型液状油。W/0微乳剂型液状油的组分是:油品(石化油品，轻油、重油等)30%-80% ;水1120(对水没有特殊要求，可以是自来水、海水等)10% -60% ;量子碳素液溶剂的1^-3% ;低碳醇(CnH2n+1OH;l彡η彡8 ;纯度90%以上)5% -60%。
[0206]制备方法1:现将20公斤水中投放0.2公斤量子碳素液以及20公斤甲醇CH4O混合，混合液在本发明装置中制备30分钟。混合液体的pH值用微量量子碳素液进行调整到PH5范围即完成对水进行改质。再向混合液体中加入60公斤油品在本发明装置中制备30分钟即得100.2公斤(损耗忽略不计)透明清洁油品。
[0207]制备方法2:现将25公斤水中投放0.3公斤量子碳素液以及15公斤乙醇C2H6O混合，混合液在本发明装置中制备30分钟。混合液体的pH值用微量量子碳素液进行调整到PH5范围即完成对水进行改质。再向混合液体中加入60公斤油品在本发明装置中制备30分钟即得100.3公斤(损耗忽略不计)透明清洁油品。
[0208]制备方法3:现将30公斤水中投放0.5公斤量子碳素液以及10公斤辛醇C8H18O混合，混合液在本发明装置中制备30分钟。混合液体的pH值用微量量子碳素液进行调整到PH5范围即完成对水进行改质。再向混合液体中加入60公斤油品在本发明装置中制备30分钟即得100.5公斤(损耗忽略不计)透明清洁油品。
[0209]制备方法4:现将10公斤水中投放0.1公斤量子碳素液以及60公斤甲醇CH4O混合，混合液在本发明装置中制备30分钟。混合液体的pH值用微量量子碳素液进行调整到PH5范围即完成对水进行改质。再向混合液体中加入30公斤油品在本发明装置中制备30分钟即得100.1公斤(损耗忽略不计)透明清洁油品。
[0210]经本发明的方法和设备，制备出的清洁油，其外观呈透明明亮，长期存放无变化。其各项物性指标完全符合各油品的国家标准。
[0211 ] 燃烧结果举例(制备方法I):
[0212]C#重油(S:0.8% )千.瓦/小时为8156 ;空气比为1.16
[0213]清洁油(S:0.8% )千卡/小时为8980 ;空气比为1.16
[0214]锅炉型号IHl SCM080型蒸发量5t/h
[0215]常用压力12kg/cm2燃料消耗量3961/h
[0216]
WE|0IL% I粘度(mn2/S)|H20% |添加剂％
重油燃油 TOO28.06OO
本发明制油 &24.3230~L2
[0217]
油 O,

①燃油?NANO-OIL
检测项目
1?料油流:M: L:,I30I30
2^7CiIMm3NZhI相 HI?1.-J
3~
4火燒難 @[1000?11雜I 1100-1200 —
5火焰温度③I550-100I 550-900
6火焰颜色I黄色I黄丨?色
7— MI 火焰^ I ^齡
[0218]在空气比相同的条件下，节能减排和效率均提高了 30%以上，可以认为这是量子碳素和本发明的特殊加工方法所增加大量羟基的助燃效果。
[0219]本发明不限于举例范围，有更广泛领域用途。如所有制热供热系统、人工温泉(小分子水及纳米微泡作用)、化学合成、除垢锈和防垢锈、清洗、流体食品(包括乳制品等)制熟杀菌等等行业专业，都属本发明涉及范围。
[0220]以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种实施介质强化反应的设备，包括液压泵(I)、微泡发生器(2)、气体供给装置(3)、气穴发生器(4)，其特征在于: 所述液压泵(I)的左侧与进料管路(5)连通，液压泵(I)的上侧与第一输送管路(6)的左端连通，液压泵⑴的下侧与回路管路(7)的左端连通，第一输送管路(6)右端与回路管路(7)右端连通并同时与出料管路(8)连通； 进料管路(5)上设有双向通路阀F1，第一输送管路(6)上设有双向通路阀F2和双向通路阀F3,回路管路(7)上设有双向通路阀F4和双向通路阀F5，出料管路⑶上设有双向通路阀F6 ； 气穴发生器(4)设在双向通路阀F2和双向通路阀F3之间的第一输送管路(6)上并分别与两侧的第一输送管路(6)连通；微泡发生器(2)的下侧通过第二输送管路(9)与回路管路(7)连通，第二输送管路(9)与回路管路(7)的连通位置设在双向通路阀F4和双向通路阀F5之间，微泡发生器(2)的右侧通过供气管路(10)与气体供给装置(3)连通，微泡发生器(2)的上侧通过第三输送管路(11)与气穴发生器(4)连通；第四输送管路(12)的两端分别与第一输送管路(6)和回路管路(7)连通，第四输送管路(12)与第一输送管路(6)的连通位置设在双向通路阀F2与气穴发生器(4)之间，第四输送管路(12)与回路管路(7)的连通位置设在双向通路阀F4和双向通路阀F5之间。
2.按照权利要求1所述的实施介质强化反应的设备，其特征在于: 双向通路阀F1与液压泵(I)之间的进料管路(5)上设有溶氧度采样仪DO1和氧化还原电位采样仪R1 ； 第四输送管路(12)和第一输送管路￠)的连通位置与气穴发生器(4)之间的第一输送管路(6)上依次设有流量测量RL1、压力测量仪％、pH值测量仪PH1、温度测量仪T1 ； 气穴发生器(4)与双向通路阀F3之间的第一输送管路(6)上依次设有压力测量仪V2、氧化还原电位采样仪R2、pH值测量仪PH2、温度测量仪T2 ； 双向通路微调阀Ftl通过旁路管路分别与气穴发生器(4)和第一输送管路(6)连通，旁路管路与第一输送管路(6)连通的位置设在气穴发生器(4)和压力测量仪V2之间； 第二输送管路(9)上设有双向通路阀F7和压力测量仪V3;供气管路(10)上设有流量测量仪L2;第三输送管路(11)上设有双向通路阀F8;第四输送管路(12)上设有双向通路阀F9和流量测量仪L3 ； 双向通路阀F6右侧的出料管路(8)上设有流量测量仪L4和溶氧度采样仪DO2。
3.按照权利要求2所述的实施介质强化反应的设备，其特征在于:还包括控制系统，所述控制系统设有可编程逻辑控制器PLC，控制系统用于对进料管路(5)、第一输送管路(6)、回路管路(7)、出料管路(8)、第二输送管路(9)、供气管路(10)、第三输送管路(11)、第四输送管路(12)上的双向通路阀、溶氧度采样仪、氧化还原电位采样仪、流量测量仪、压力测量仪、PH值测量仪、温度测量仪进行数据采样、监测、控制。
4.按照权利要求3所述的实施介质强化反应的设备，其特征在于:所述微泡发生器(2)包括壳体和设置于壳体内腔中的至少一组微泡发生器组件，壳体左侧壁上设有进液口(201)和进气口(202)，壳体右侧壁上设有出料口(203)，相邻微泡发生器组件之间设有环形垫圈(204)； 微泡发生器组件由左盖(21)、右盖(22)和设置于左盖(21)与右盖(22)之间的组件盘(23)组合构成，左盖(21)、右盖(22)和组件盘(23)均为圆盘状，左盖(21)和右盖(22)的直径相等且大于组件盘(23)的直径，左盖(21)与右盖(22)的中心均设有贯通孔，壳体上设有用于调整左盖(21)和右盖(22)同轴相对转动的装置； 左盖(21)的右侧面边缘处设有向右凸起的第一凸起边沿(2101)，左盖(21)的右侧面中部设有向右凸起的且与组件盘(23)半径相等的短圆柱(2102)，短圆柱(2102)的圆周壁与第一凸起边沿(2101)的内侧壁之间设有间隙，短圆柱(2102)的右端面设有中心凹槽(2103)、圆形凹槽(2104)和半圆形凹槽(2105)，中心凹槽(2103)设置一个且设置在短圆柱(2102)的右侧面中部位置，圆形凹槽(2104)设置在中心凹槽(2103)的周向外侧，半圆形凹槽(2105)设置在短圆柱(2102)的边缘，中心凹槽(2103)的边缘设有均匀分布的η个半圆形槽，η彡3，圆形凹槽(2104)的设置个数为η的倍数且沿以中心凹槽(2103)为中心的m个同心正η边形的各边均勻分布，m ^ I,半圆形凹槽(2105)的设置个数等于最外侧正η边形各边上分布的圆形凹槽(2104)的数量之和，每个半圆形凹槽(2105)和相邻的圆形凹槽(2104)之间的最小距离均相等，相邻的中心凹槽(2103)、圆形凹槽(2104)、半圆形凹槽(2105)相互之间的最小距离均小于圆形凹槽(2104)的半径； 右盖(22)的左侧面边缘处设有向左凸起的且与左盖(21)上的第一凸起边沿(2101)对称的第二凸起边沿(2201)，组件盘(23)与右盖(22)通过连接柱(24)固定连接，组件盘(23)的右侧面与右盖(22)的左侧面之间设有间隙，组件盘(23)的圆周壁与第二凸起边沿(2201)的内侧壁之间设有间隙； 组件盘(33)的左端面设有与短圆柱(2102)的右端面相同的凹槽结构；左盖(21)上的第一凸起边沿(2101)与右盖(22)上的第二凸起边沿(2201)密封贴合，短圆柱(2102)的右端面与组件盘(23)的左端面密封贴合。
5.按照权利要求4所述的实施介质强化反应的设备，其特征在于:8^ 5,6 ^ m ^ 3ο
6.按照权利要求1-5任一项所述的实施介质强化反应的设备，其特征在于:所述气穴发生器(4)包括外壳和设置于外壳中的介质强化反应腔，介质强化反应腔包括两端均开口的粗腔(41)、收缩腔(42)和细腔(43)，粗腔(41)和细腔(43)之间通过收缩腔(42)过渡，粗腔(41)的左端与设置在外壳上的介质进腔口连通，细腔(43)的右端与介质出腔口(44)连通，介质出腔口(44)为向右张开的喇叭状；外壳上还开设有与细腔(43)左端连通的微泡输送通道。
7.按照权利要求6所述的实施介质强化反应的设备，其特征在于:所述粗腔(41)的直径SD1，细腔(43)的直径为D2，收缩腔(42)的长度加上细腔(43)的长度为L，0.01 ( (D1-D2)/L彡0.1 ;收缩腔(42)的截面边缘线与细腔(43)的截面边缘线的夹角为a，35° ^ a ^ 75° ;介质出腔口(44)的截面边缘线与细腔(43)的截面右侧边的夹角为β ,45° 彡 β 彡 85°。
8.按照权利要求7所述的实施介质强化反应的设备，其特征在于:0.015 < (D1-D2)/L ^ 0.03 ；45° 彡 α 彡 65° ;55° 彡 β 彡 75°。
9.一种介质强化反应方法，其特征在于，包括如下步骤: 将量子化液体经液压泵(I)通入权利要求1-7中任意一权利要求所述的设备中，溶氧度DO1为6.12mg/L，氧化还原电位R1为255.6mv ;水温T1为17.(TC ^H1值为6.8-7.0 ;液压泵⑴向设备提供设备供给压力为1.0Mpa，气穴发生器(4)的进口压V1SOjSMpa;流量计L1为每分钟80升，流量计L3为每分钟20升，流量计L2为每分钟0.15-0.5升，微泡发生器⑵的进口压V3为0.5-0.6Mpa，气穴发生器(4)的出口压V2为0.02Mpa ;氧化还原电位 R2 为 282.5-382.5mv ;水温 T1 为 72.0-77.(TC，水温差 T2-T1 = 55。。，PH1 值为 2.0-5.8，设备运行正常后，从双向通路阀F5出取样，收集得到含有纳米微泡的产品，每毫升产品中含12-14亿个微泡的密度，含量为0.092-0.628ppm ； 其中，所述量子化液体为悬浮液，包括量子碳素液和溶剂，所述量子碳素液的浓度是0.1 % -0.45%,量子碳素液的添加量为溶剂体积的1% -3%,所述量子碳素液中含有量子碳素。
10.根据权利要求9所述的介质强化反应方法，其特征在于，所述量子碳素包括粒径为0.6-100nm的碳素粒子，所述碳素粒子为单碳和/或石墨烯粒子，在所述碳素粒子的表层具有含有碳、氢、氧、氮的化合物，所述含有碳、氢、氧、氮的化合物包括稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢键的化合物。
11.根据权利要求10所述的介质强化反应方法，其特征在于，所述量子碳素由如下质量百分比的碳素粒子构成:0.6彡粒径彡0.9nm的碳素粒子50%?95%、0.9 <粒径< 50.0nm的碳素粒子10 %?50 %、50 <粒径< 10nm的碳素粒子O %?20 % ;所述含有碳、氢、氧、氮的化合物为稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢键的化合物的一种或几种的混合物，其中各元素比例为:C45%?55%，H0.2%?2.0 %，N0.1 %?0.3%，045%?65% ;所述量子碳素液为含有量子碳素的水溶液，浓度为0.1%-0.45%，所述量子碳素液的ORP为280mv-380mv、电导率σ为l-5ms/cm、电动势为280mv ?380mv、pH 值为 1.5-3.2 ； 所述纳米微泡为空气、氧气、氢气、氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、甲烷、乙烷、丙烷、煤气、天然气、一氧化碳、二氧化碳、氧化亚氮、氟化物气体中的一种或几种的混合物； 所述溶剂为油、水、低碳醇的一种或几种的混合物，所述油为石化油品，轻油或重油，所述水为自来水或海水，所述低碳醇的碳原子数为1-8个，所述低碳醇的纯度为90%以上。
12.根据权利要求11所述的介质强化反应方法，其特征在于:所述溶剂由如下体积百分数的原料制成:油:30% -80%、水:10% _60%、量子碳素液:溶剂的1% -3% ;低碳醇5% -60%。
13.根据权利要求9所述的介质强化反应方法，其特征在于，气穴发生器的液体介质强化过程的程度特征，服从韦伯数定理，韦伯数的计算公式为:
W = P υ 2 I / σ 其中:P为介质流体密度； υ为介质特征流速； I为特征长度； σ为流体的表面张力系数； 韦伯数代表惯性力和表面张力效应之比，P介质流体密度为650?2000kg/m3，I特征长度为1mm?1000mm, σ流体的表面张力系数为0.001N/m?0.090N/m, υ为介质特征流速为2.7xl(T5m3/s?2.TxlOWs,介质液体粘度在常温20°C及常压下为10000m Pa.s?15000m Pa.s，气体黏度 100 μ Pa.s ?120 μ Pa.S，介质蒸汽压 0.15kPa ?1L 33kPa,所述产品的韦伯数为5?300。
14.根据权利要求9所述的介质强化反应方法，其特征在于，P介质流体密度为700?1600kg/m3 ； I特征长度为50mm?300mm ； σ流体的表面张力系数为0.010N/m?0.078N/m ； υ为介质特征流速为1.4xl(T4m3/s?2.7xl(T2m3/s,介质液体粘度在常温2(TC及常压下为 IlOOOm Pa.S，气体黏度 IlOyPa.S。
【文档编号】B01J19/00GK104209074SQ201410447665
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】朱光华, 刘力生, 王文杰 申请人:朱光华, 刘力生, 王文杰