CN101804309B - 水温差法制备纳米气泡的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米技术，一种利用水温差法制备纳米气泡的方法和装置。现有技术制备纳米气泡的方法存在着制备装置复杂、操作烦琐、气泡的大小和数量难以控制的缺点。本发明将潜水泵(6)置于水槽(1)中；将与水槽(1)内水不同温度的水，从水槽(1)的上部引入潜水泵出口管(2)；开启潜水泵(6)，在潜水泵出口水流的作用下温差水由温差水入口管(4)被吸入并混合，而后由混合水出水口(7)射出；低温水中的气体溢出并在水流的冲击下生成纳米气泡，在纳米气泡收集器(8)的底部收集纳米气泡。本发明的优点是：制备纳米气泡装置构造简单；操作容易，重复性好；纳米气泡的大小和数量调节方便。

Description

水温差法制备纳米气泡的方法和装置
技术领域
本发明属于纳米技术，具体地说是一种利用水温差法制备纳米气泡的方法和装置。
技术背景
1984年，Israelachvili et al在测量水中两憎水表面间的相互作用力时，发现存在一种很强的远程引力，引力范围超出100nm，用范德华力和表面双电层力的DLV0理论不能合理解释。1994年Parker et al提出这种远程力是由于相互吸引表面之间有纳米气泡存在造成的。近十年来，纳米气泡的研究方法涉及原子力显微镜(AFM)直接成像、中子散射测定、表面等离子体共振测定、红外光谱测定等。2000年至2001年首批固液界面纳米气泡的AFM图像公开发表，上海交通大学发展了醇水替换在云母和石墨表面稳定形成气泡的方法。纳米气泡的存在影响很多基本的物化作用，包括液膜在表面的稳定性、胶体的聚集与分散、乳液的稳定性以及表面上的瞬时微沸行为(microboiling behavior)等等；同时纳米气泡的存在对于生物学领域也具有重大意义。因而研究制备纳米气泡的方法成为目前科学领域以及制造业的一个重要任务。
现有技术制备纳米气泡的方法有醇水替换法、曝气法、电场法、微波法、超声法等。这些方法存在着制备装置复杂、操作烦琐、气泡的大小和数量难以控制的缺点。因此发明一种制备装置简单、制备操作容易、重复性好、气泡大小和数量可以方便调节的利用水温差法制备纳米气泡的方法和装置是十分重要的。
发明内容：
本发明的目的是提供一种制备装置简单、制备操作容易、重复性好、气泡大小和数量可以方便调节的利用水温差法制备纳米气泡的方法；
本发明的另一目的是提供该利用水温差法制备纳米气泡的装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种水温差法制备纳米气泡的方法如下：将潜水泵置于水槽中；将与水槽内水不同温度的水，从水槽的上部引入潜水泵出口管；开启潜水泵，在潜水泵出口水流的作用下温差水不断被吸入并混合，而后由出水口射出；低温水中的气体溢出并在水流的冲击下生成纳米气泡，在纳米气泡收集器的底部收集纳米气泡。
一种水温差法制备纳米气泡的装置，由水槽、水槽加水管、水槽溢流管组成，水槽的中部置有潜水泵，潜水泵的下部设有潜水泵出水管，潜水泵出水管与设在水槽下部的纳米气泡收集器相连通；水槽的上部设有温差水入口管，温差水入口管与潜水泵出水管相连通。
水槽加水管在水槽的管口位置高于水槽溢流管的管口位置。
本发明的原理是水在低温情况下溶解气体含量高，而随着温度的升高溶解气体的含量越来越低。因此当两种不同温度的水混合时，低温水中的溶解气体会释放出来，汇集并生成纳米气泡。温差越大，释放的气体就越多，生成的纳米气泡也越多；同时还会增大气泡的直径。水的流速可以用来调节气泡的直径，流速越高气泡的直径就会越小；两种温差水的混合比例不同，释放气泡的量也不同。纳米气泡的大小和数量可以通过水温、潜水泵出口水流速、两种温差水的混合比例来调节。
本发明方法的要点是：
将潜水泵置于水槽中，具有温度差的水从温差水入口引入至潜水泵水出口管，然后开启潜水泵。在水流的作用下温差水不断被吸入并混合，而后由出水口射出。由于温差的作用，低温水中的气体溢出并在水流的冲击下生成纳米气泡。由于纳米气泡是下沉的，可在纳米气泡收集管的底部收集。
本发明装置的要点是：
潜水泵置于水槽的中部，潜水泵下部的潜水泵出水管与设在水槽下部的纳米气泡收集器相连通；温差水入口管设在水槽的上部，与潜水泵出水管相连通。
本发明利用冷热水混合时，低温水有气体放出，生成纳米气泡的现象，发明了水温差法制备纳米气泡的方法和装置。本发明和现有制备纳米气泡的技术相比，具有装置简单、操作方便、气泡大小和数量可以方便调节的优点，具有明显的新颖性和创造性；同时由于使用本装置生产纳米气泡重复性好，因而具有实用性。本发明与现有技术相比，具有显著的技术进步。
本发明的优点是：
1、制备纳米气泡装置构造简单；
2、操作容易，重复性好；
3、纳米气泡的大小和数量调节方便。
附图说明：
图1为本发明水温差法制备纳米气泡的装置结构图。
图中：1为水槽；2为潜水泵出水口；3为水槽溢流管；4为温差水入口管；5为水槽加水管；6为潜水泵；7为混合水出水口；8为纳米气泡收集器。
具体实施方式
实施例1：
水温差法制备纳米气泡的装置，由水槽1、水槽加水管5、水槽溢流管3组成，水槽1的中部置有潜水泵6，潜水泵6的下部设有潜水泵出水管2，潜水泵出水管2与设在水槽1下部的纳米气泡收集器8相连通；水槽1的上部设有温差水入口管4，温差水入口管4与潜水泵出水管2相连通。
水槽1中置有温度为23℃的水，由温差水入口管4引入水温60℃的水，潜水泵6开启1小时。潜水泵出口水流的作用下温差水不断由温差水入口管4吸入并混合，而后由混合水出水口7射出；低温水中的气体溢出并在水流的冲击下生成纳米气泡，提取纳米气泡收集器8底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径为100-300纳米，气泡的密度为1000-1800/ml。
实施例2：
水温差法制备纳米气泡的装置，水槽1的中部置有潜水泵6，潜水泵6的下部设有潜水泵出水管2，潜水泵出水管2与设在水槽1下部的纳米气泡收集器8相连通；水槽1的上部设有水槽加水管5、水槽溢流管3、温差水入口管4，温差水入口管4与潜水泵出水管2相连通。
水槽1中置有水温为23℃的水，引入水为40℃，开启潜水泵1小时。在潜水泵6出口水流的作用下温差水不断由温差水入口管4吸入并混合，而后由混合水出水口7射出；低温水中的气体溢出并在水流的冲击下生成纳米气泡，提取纳米气泡收集器底部的液体，采用动态光散射测试，发现气泡直径为为20-110纳米，气泡的密度为100-400/ml。
实施例3：
本实施例装置同实施例1、实施例2；水槽中放置水温为23℃的水，引入水为4℃，开启潜水泵后1小时。提取纳米气泡收集器底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径为20-120纳米，气泡的密度为200-500/ml。
实施例4：
本实施例装置同实施例1、实施例2；水槽中放置水温为90℃的水，引入水为24℃，开启潜水泵后1小时。提取纳米气泡收集器底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径为100-300纳米，气泡的密度为2000-2500/ml。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种水温差法制备纳米气泡的方法，其特征如下：所述水温差法制备纳米气泡所用装置由水槽(1)、水槽加水管(5)、水槽溢流管(3)组成，水槽(1)的中部置有潜水泵(6)，潜水泵(6)的下部设有潜水泵出水管(2)，潜水泵出水管(2)与设在水槽(1)下部的纳米气泡收集器(8)相连通；水槽(1)的上部设有温差水入口管(4)，温差水入口管(4)与潜水泵出水管(2)相连通；所述方法为：将潜水泵(6)置于水槽(1)中；将与水槽(1)内水不同温度的水，从水槽(1)的上部由温差水入口管(4)引入潜水泵出水管(2)；开启潜水泵(6)，在潜水泵出口水流的作用下温差水不断由温差水入口管(4)吸入并混合，而后由混合水出水口(7)射出；低温水中的气体溢出并在水流的冲击下生成纳米气泡，在纳米气泡收集器(8)的底部收集纳米气泡。
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