CN110193297A - 一种制备纳米气泡水的方法、装置及其应用 - Google Patents

一种制备纳米气泡水的方法、装置及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110193297A
CN110193297A CN201910507764.2A CN201910507764A CN110193297A CN 110193297 A CN110193297 A CN 110193297A CN 201910507764 A CN201910507764 A CN 201910507764A CN 110193297 A CN110193297 A CN 110193297A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
nanoporous
nano bubble
generation unit
nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910507764.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110193297B (zh
Inventor
杨庆峰
黄河
吴来明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHANGHAI MUSEUM
Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Original Assignee
SHANGHAI MUSEUM
Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI MUSEUM, Shanghai Advanced Research Institute of CAS filed Critical SHANGHAI MUSEUM
Priority to CN201910507764.2A priority Critical patent/CN110193297B/zh
Publication of CN110193297A publication Critical patent/CN110193297A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110193297B publication Critical patent/CN110193297B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2376—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media characterised by the gas being introduced
    • B01F23/23761—Aerating, i.e. introducing oxygen containing gas in liquids

Abstract

本发明公开了一种制备纳米气泡水的方法、装置及其应用。所述方法为：水以一定流速通过储罐内由纳米多孔木炭材料组成的纳米气泡生成单元，所述纳米多孔木炭材料以一定厚度烧结于纳米气泡生成单元的多孔外壁上，纳米多孔木炭材料表面通过曝气产生微气泡，水流剪切曝气生成的微气泡，微气泡破碎产生悬浮于水中的纳米级气泡，制得纳米气泡水。本发明制备的纳米气泡水可用于清洗文物，对文物无损伤，处理过程不产生环境污染物，效率高，可以大规模地应用于文物的清洗。

Description

一种制备纳米气泡水的方法、装置及其应用
技术领域
本发明涉及文物清洗技术领域，具体涉及制备纳米气泡水的方法、装置以及制备的纳米气泡水在清洗文物中的应用。
背景技术
针对不断发掘出现的大量出水和出土珍贵文物，迫切需要采用有效的科技手段进行保护。由于各类珍贵文物的特殊性，在其表面附着大量的难溶盐沉积物、硬质锈垢、生物病害等坚固凝结物较难清除，因此要求所提供的各类质地材质文物的清洗技术手段首先必须具备极高的安全性，同时对艺术品的原有结构的影响是最小化的。目前常用的机械清洗、化学清洗、超声波清洗、蒸汽清洗等手段均不能完全满足文物清洗的特殊要求。近年来，随着先进的微纳米气泡清洗技术在考古文物清洗过程中的逐步应用，表现出极佳的清洗效果。因微纳米气泡具有存在时间长、传质效率高、超强的渗透作用和微爆破力等特点，能通过瞬时振动剥离、渗透松弛、有机物解离及气浮作用达到考古文物清洗的目的。使用微纳米气泡清洗技术现在已被国际各大文博机构肯定，并且成为一个被广泛接受的历史文化遗产保护与修复工艺技术手段。
专利CN105855227B《微纳米气泡水清洗出水文物的应用、方法及装置》和专利CN106140714B《动力泵循环式微纳米气泡水清洗出水文物的方法及装置》公开了微纳米气泡清洗出水文物的方法和装置，但随着需求的提高，有必要进一步改进提升该技术，使得气泡直径尺寸更小，将其中微米级气泡完全转变至纳米级气泡，这样气泡密度就会大大增加，可进一步增强对文物的清洗效果。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种制备纳米气泡水的方法、装置以及用于清洗文物的应用，可实现对文物的高效无损清洗。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种制备纳米气泡水的方法，该方法为：水以一定流速通过储罐内由纳米多孔木炭材料组成的纳米气泡生成单元，所述纳米多孔木炭材料以一定厚度烧结于纳米气泡生成单元的多孔外壁上，纳米多孔木炭材料表面通过曝气产生微气泡，水流剪切曝气生成的微气泡，微气泡破碎产生悬浮于水中的纳米级气泡，从而实现低能耗下制备高浓度纳米气泡水。该纳米气泡水可用于清洗文物，对文物无损伤。
优选地，所述纳米气泡生成单元为一个或多个，每个纳米气泡生成单元具有进水口、进气口和纳米气泡水出水口，纳米多孔木炭材料的烧结厚度为0.5-1mm，纳米孔尺寸为0.6-2nm。所述纳米气泡生成单元的多孔外壁的孔径为微米级，优选为0.8-2微米。
优选地，所述储罐上设有出水阀门，储罐的容积为10-100L，储罐内压力为0.1-0.2MPa；所述纳米多孔木炭材料表面的气体曝气流速为0.3-0.6m/s，水流剪切流速为1-3m/s。
本发明还提供一种制备纳米气泡水的装置，该装置包括进水管、进气管、储罐、出水阀门、纳米气泡生成单元；
所述纳米气泡生成单元由进水口、进气口、出水口和中空不锈钢圆柱体组成，所述中空不锈钢圆柱体的外壁为多孔外壁，其多孔外壁上烧结有纳米多孔木炭材料层；
所述纳米气泡生成单元置于储罐内，进水口设置于纳米气泡生成单元上部并与进水管相连，进气口设置于纳米气泡生成单元下部并与进气管相连；所述出水阀门与储罐底部连接；
通过进气管进入纳米气泡生成单元的气流通过纳米多孔木炭材料层曝气生成微气泡，微气泡在进水管进入的水流剪切作用下破碎成纳米级气泡；生成的纳米级气泡悬浮于水流中储存在储罐内，并通过出水阀门流出。
优选地，所述纳米气泡生成单元为一个或多个。
优选地，所述中空不锈钢圆柱体的多孔外壁的孔径为微米级，所述纳米多孔木炭材料层的烧结厚度为0.5-1mm，纳米孔尺寸为0.6-2nm。
优选地，所述储罐的容积为10-100L。
本发明还提供了所述方法或装置制备的纳米气泡水在清洗文物中的应用。本发明方法的具体实施步骤如下：
(1)将来自进水管的水和来自进气管的气体分别分配进入置于储罐内的多个纳米气泡生成单元内，并控制水流和气流在一定的流速范围内；
(2)气流通过纳米多孔木炭材料层曝气生成微气泡，该微气泡在纳米多孔木炭材料层壁面上水流的剪切下破碎成纳米级气泡，该纳米气泡悬浮于水流中储存于储罐内，完成纳米气泡水的制备。该纳米气泡水可通过储罐上的阀门流出，用于文物的清洗。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1，本发明方法中产生的气泡尺寸为纳米级，因此气泡密度高，用于清洗文物的效率更高。
2，本发明方法中的纳米气泡由直接曝气并经水流剪切产生，避免了传统方法中需要高速流体引起的能量损失，因而产生纳米气泡时的能耗较低，可以大规模地应用于文物的清洗。
附图说明
图1为本发明中产生纳米气泡水的结构流程示意图。
图2为本发明中纳米气泡生成单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来说明本发明的技术方案。
参见图1，该图为本发明纳米气泡水产生的结构流程示意图。如图1所示，该结构流程包括：进水管1、进气管2、储罐3、出水阀门4、纳米气泡生成单元5。其中：进水管1从上部分别同多个纳米气泡生成单元5相连接，进气管2从下部分别同纳米气泡生成单元5相连接，纳米气泡生成单元5位于储罐3内，出水阀门4安装于储罐3底部。
参见图2，该图为纳米气泡生成单元的结构示意图，它包括进水口6、进气口7、出水口8和中空不锈钢圆柱体9。其中，中空不锈钢圆柱体9的外壁为微米级的多孔外壁(在以下实施例1-4中不锈钢圆柱体9的外壁孔径为0.8-2微米)。中空不锈钢圆柱体9的多孔外壁上烧结有一定厚度的纳米多孔木炭材料层，烧结厚度为0.5-1mm，纳米孔尺寸为0.6-2nm。。
实施例1
本实施例针对薄层纳米孔层，在低剪切水流速下制备纳米气泡水。
将来自进水管的水和来自进气管的气体分别接入位于10L储罐内的纳米气泡生成单元，并控制纳米气泡生成单元内水流剪切速率为1m/s，纳米多孔木炭材料层曝气气流速率为0.3m/s，纳米多孔材料层厚度为0.5mm。调节气流压力，使储罐内压力为0.1MPa，气流通过纳米多孔木炭材料层曝气生成微气泡，该气泡在木炭材料层壁面上水流的剪切下破碎成纳米级气泡，该纳米气泡悬浮于水流中储存于储罐内，完成纳米气泡水的制备。打开储罐上的阀门使纳米气泡水流出，可用于文物的清洗。将上海青龙镇出土的一块表面带有黑块的陶瓷器进行清洗，纳米气泡水可将表面黑块较彻底地清洗掉(作为对比，微纳米气泡法清洗不够彻底)，且根据《可移动文物病害评估技术规程》文物保护行业标准(WW/T 0056-2014，WW/T 0056-2014)，采用色差、光泽度差和表面损伤等指标对清洗前后文物的状况进行安全性评估，表面清洗后无损伤。
本实施例表明，在薄层纳米孔0.5mm及低剪切水流速1m/s条件下，可低能耗制备出纳米气泡水。
实施例2
本实施例针对增厚的纳米孔层，在增大的水流剪切力下制备纳米气泡水。
将来自进水管的水和来自进气管的气体分别接入位于50L储罐内的纳米气泡生成单元，并控制纳米气泡生成单元内水流剪切速率为2m/s，纳米多孔木炭材料层曝气气流速率为0.4m/s，纳米多孔材料层厚度为0.7mm。调节气流压力，使储罐内压力为0.1MPa，气流通过纳米多孔木炭材料层曝气生成微气泡，该气泡在木炭材料层壁面上水流的剪切下破碎成纳米级气泡，该纳米气泡悬浮于水流中储存于储罐内，完成纳米气泡水的制备。打开储罐上的阀门使纳米气泡水流出，可用于文物的清洗。将上海青龙镇出土的一块表面带有裂缝的陶瓷器进行清洗，纳米气泡水可将表面裂缝内病害较彻底地清洗掉(作为对比，微纳米气泡法清洗不够彻底)，且根据《可移动文物病害评估技术规程》文物保护行业标准(WW/T 0056-2014，WW/T 0056-2014)，采用色差、光泽度差和表面损伤等指标对清洗前后文物的状况进行安全性评估，表面清洗后无损伤。
本实施例表明，在增厚的0.7mm纳米孔层及增大的水剪切流速2m/s条件下，可低能耗制备出纳米气泡水。
实施例3
本实施例针对较厚的纳米孔层，在高的水流剪切力下制备纳米气泡水。
将来自进水管的水和来自进气管的气体分别接入位于80L储罐内的纳米气泡生成单元，并控制纳米气泡生成单元内水流剪切速率为3m/s，纳米多孔木炭材料层曝气气流速率为0.5m/s，纳米多孔材料层厚度为0.8mm。调节气流压力，使储罐内压力为0.2MPa，气流通过纳米多孔木炭材料层曝气生成微气泡，该气泡在木炭材料层壁面上水流的剪切下破碎成纳米级气泡，该纳米气泡悬浮于水流中储存于储罐内，完成纳米气泡水的制备。打开储罐上的阀门使纳米气泡水流出，可用于文物的清洗。将上海青龙镇出土的一块表面带有粗糙硬土的陶瓷器进行清洗，纳米气泡水可将表面粗糙硬土较彻底地清洗掉(作为对比，微纳米气泡法清洗不够彻底)，且根据《可移动文物病害评估技术规程》文物保护行业标准(WW/T0056-2014，WW/T 0056-2014)，采用色差、光泽度差和表面损伤等指标对清洗前后文物的状况进行安全性评估，表面清洗后无损伤。
本实施例表明，在较厚的0.8mm纳米孔层及高的水剪切流速3m/s条件下，可低能耗制备出纳米气泡水。
实施例4
本实施例针对更厚纳米孔层，在高水流剪切力下制备纳米气泡水。
将来自进水管的水和来自进气管的气体分别接入位于100L储罐内的纳米气泡生成单元，并控制纳米气泡生成单元内水流剪切速率为3m/s，纳米多孔木炭材料层曝气气流速率为0.6m/s，纳米多孔材料层厚度为1mm。调节气流压力，使储罐内压力为0.2MPa，气流通过纳米多孔木炭材料层曝气生成微气泡，该气泡在木炭材料层壁面上水流的剪切下破碎成纳米级气泡，该纳米气泡悬浮于水流中储存于储罐内，完成纳米气泡水的制备。打开储罐上的阀门使纳米气泡水流出，可用于文物的清洗。将上海青龙镇出土的一块表面带有红色土块的陶瓷器进行清洗，纳米气泡水可将表面红色土块较彻底地清洗掉(作为对比，微纳米气泡法清洗不够彻底)，且根据《可移动文物病害评估技术规程》文物保护行业标准(WW/T0056-2014，WW/T 0056-2014)，采用色差、光泽度差和表面损伤等指标对清洗前后文物的状况进行安全性评估，表面清洗后无损伤。
本实施例表明，在更厚1mm纳米孔层及增大的水剪切流速3m/s条件下，可低能耗制备出纳米气泡水。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种制备纳米气泡水的方法，该方法为：水以一定流速通过储罐内由纳米多孔木炭材料组成的纳米气泡生成单元，所述纳米多孔木炭材料以一定厚度烧结于纳米气泡生成单元的多孔外壁上，纳米多孔木炭材料表面通过曝气产生微气泡，水流剪切曝气生成的微气泡，微气泡破碎产生悬浮于水中的纳米级气泡，制得纳米气泡水。
2.如权利要求1所述的一种制备纳米气泡水的方法，其特征在于：所述纳米气泡生成单元为一个或多个，每个纳米气泡生成单元具有进水口、进气口和纳米气泡水出水口，所述纳米多孔木炭材料的烧结厚度为0.5-1mm，纳米孔尺寸为0.6-2nm，纳米气泡生成单元的多孔外壁的孔径为微米级。
3.如权利要求1所述的一种制备纳米气泡水的方法，其特征在于：所述储罐上设有出水阀门，所述储罐的容积为10-100L，所述储罐内压力为0.1-0.2MPa；所述纳米多孔木炭材料表面的气体曝气流速为0.3-0.6m/s，所述水流剪切流速为1-3m/s。
4.一种制备纳米气泡水的装置，其特征在于，该装置包括：进水管、进气管、储罐、出水阀门、纳米气泡生成单元；
所述纳米气泡生成单元由进水口、进气口、出水口和中空不锈钢圆柱体组成，所述中空不锈钢圆柱体的外壁为多孔外壁，其多孔外壁上烧结有纳米多孔木炭材料层；
所述纳米气泡生成单元置于储罐内，进水口设置于纳米气泡生成单元上部并与进水管相连，进气口设置于纳米气泡生成单元下部并与进气管相连；所述出水阀门与储罐底部连接；
通过进气管进入纳米气泡生成单元的气流通过纳米多孔木炭材料层曝气生成微气泡，微气泡在进水管进入的水流剪切作用下破碎成纳米级气泡；生成的纳米级气泡悬浮于水流中储存在储罐内，并通过出水阀门流出。
5.如权利要求4所述的一种制备纳米气泡水的装置，其特征在于：所述纳米气泡生成单元为一个或多个。
6.如权利要求4所述的一种制备纳米气泡水的装置，其特征在于：所述中空不锈钢圆柱体的多孔外壁的孔径为微米级，所述纳米多孔木炭材料层的烧结厚度为0.5-1mm，纳米孔尺寸为0.6-2nm。
7.如权利要求4所述的一种制备纳米气泡水的装置，其特征在于：所述储罐的容积为10-100L。
8.权利要求1-3任一项所述方法制备的纳米气泡水在清洗文物中的应用。
9.权利要求4-7任一项所述装置制备的纳米气泡水在清洗文物中的应用。
CN201910507764.2A 2019-06-12 2019-06-12 一种制备纳米气泡水的方法、装置及其应用 Active CN110193297B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910507764.2A CN110193297B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种制备纳米气泡水的方法、装置及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910507764.2A CN110193297B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种制备纳米气泡水的方法、装置及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110193297A true CN110193297A (zh) 2019-09-03
CN110193297B CN110193297B (zh) 2022-02-01

Family

ID=67754431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910507764.2A Active CN110193297B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种制备纳米气泡水的方法、装置及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110193297B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1894022A (zh) * 2003-12-15 2007-01-10 宫崎县 单分散气泡的生成方法
CN101489657A (zh) * 2006-07-17 2009-07-22 雀巢产品技术援助有限公司 用于形成泡沫的圆筒形膜设备
CN104888636A (zh) * 2015-05-28 2015-09-09 中国石油化工股份有限公司 微纳米气泡发生装置和污水净化系统
CN105855227A (zh) * 2016-06-23 2016-08-17 中国科学院上海高等研究院 微纳米气泡水清洗出水文物的应用、方法及装置
CN106140714A (zh) * 2016-06-23 2016-11-23 中国科学院上海高等研究院 动力泵循环式微纳米气泡水清洗出水文物的方法及装置
CN106944400A (zh) * 2017-05-11 2017-07-14 北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司 一种文物清洗装置和清洗方法
WO2018084543A1 (ko) * 2016-11-07 2018-05-11 (주)지디티 나노버블장치
CN108246132A (zh) * 2017-06-12 2018-07-06 大连双迪创新科技研究院有限公司 超微气泡液发生装置
CN108778475A (zh) * 2016-03-11 2018-11-09 莫雷尔股份有限公司 含有在液体载体中的纳米气泡的组合物

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1894022A (zh) * 2003-12-15 2007-01-10 宫崎县 单分散气泡的生成方法
CN101489657A (zh) * 2006-07-17 2009-07-22 雀巢产品技术援助有限公司 用于形成泡沫的圆筒形膜设备
CN104888636A (zh) * 2015-05-28 2015-09-09 中国石油化工股份有限公司 微纳米气泡发生装置和污水净化系统
CN108778475A (zh) * 2016-03-11 2018-11-09 莫雷尔股份有限公司 含有在液体载体中的纳米气泡的组合物
CN105855227A (zh) * 2016-06-23 2016-08-17 中国科学院上海高等研究院 微纳米气泡水清洗出水文物的应用、方法及装置
CN106140714A (zh) * 2016-06-23 2016-11-23 中国科学院上海高等研究院 动力泵循环式微纳米气泡水清洗出水文物的方法及装置
WO2018084543A1 (ko) * 2016-11-07 2018-05-11 (주)지디티 나노버블장치
CN106944400A (zh) * 2017-05-11 2017-07-14 北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司 一种文物清洗装置和清洗方法
CN108246132A (zh) * 2017-06-12 2018-07-06 大连双迪创新科技研究院有限公司 超微气泡液发生装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110193297B (zh) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104496129B (zh) 一种农村地区污水深度处理系统
CN101687148A (zh) 简单过滤系统的清洁方法
CN111729523B (zh) 一种粒径均一可控的纳米气泡产生方法
CN107055871B (zh) 一种新型混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池
CN204138478U (zh) 一种洗车废水回收利用装置
CN202143822U (zh) 一种新型溶气装置
CN110193297A (zh) 一种制备纳米气泡水的方法、装置及其应用
CN102976555A (zh) 一体化气浮-膜生物反应器
CN206783439U (zh) 一种一体式饮用水除氟装置
CN202988830U (zh) 一种高效能的膜生物反应器
CN212894073U (zh) 一种可饮用高氧水制备装置
CN202785724U (zh) 微气泡溶气发生装置
CN202465432U (zh) 新型除铁除锰设备
CN106277150B (zh) 一种石油水处理用气浮选微气泡加气装置及其使用方法
CN108380046A (zh) 一种用于厕所粪尿处理的动态膜污水处理系统
CN103613156A (zh) 一种接触池进水廊道除泡系统
CN205204896U (zh) 一种用于污水处理的防堵塞微气泡曝气装置
CN208980437U (zh) 一种移动式微纳米气泡充氧系统
CN206232425U (zh) 一种消泡除臭装置
CN108579442B (zh) 一种强化反渗透离线清洗测试方法
CN106219655A (zh) 一种污水处理用自减压式溶气释放器
CN209383553U (zh) 多能稳流气浮装置
CN208747784U (zh) 水处理系统及净水机
CN207276417U (zh) 一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理装置
CN207347260U (zh) 一种反冲洗穿孔管环路曝气器及曝气设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant