CN115103817A - 用于在环境条件下生成纳米气泡或纳米液滴的系统、方法和发生器 - Google Patents

用于在环境条件下生成纳米气泡或纳米液滴的系统、方法和发生器 Download PDF

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Abstract

用于在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的方法和发生器；该方法包括：提供用于容纳液体的容器；将介质分配在液体内，其中，介质在环境条件下提供到容器；使用电极在容器的附近生成电场，以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，电极和液体不直接电接触以防止在容器内发生电解。

Description

用于在环境条件下生成纳米气泡或纳米液滴的系统、方法和 发生器
技术领域
本公开涉及用于生成纳米气泡或纳米液滴的系统、方法。特别地但非排他地，本公开涉及在不使用电解的情况下在环境条件下生成纳米气泡或纳米液滴。本公开还涉及用于处理生物气和废水的系统和方法。特别地但非排他地，本公开涉及通过形成纳米气泡和天然气水合物对来自厌氧分解的生物气和废水进行处理。本公开还涉及对多组分混合物的处理。
背景技术
从纳米气泡在工业中发现的大量应用中可以清楚地看出纳米气泡对工业的价值。纳米气泡在液体中的高亚稳性使纳米气泡在数月规模的气体储存中得到了广泛的应用。此外，纳米气泡的高的表面积∶体积比意味着它们可以用于表面清洁应用，因为纳米气泡能够附着到表面上的不溶性污物上。纳米气泡还广泛用于通过浮选进行废水处理，此外还用于包括控制农业甲烷排放的生物气应用中。
此类应用激发了对纳米气泡的各种物理特性及其生产方法的大量研究。例如，空化效应(液体中压力的突然变化使得形成低压空腔)已被用于产生纳米气泡。
已经发现这些方法在能量需求和所需物理装置方面成本高昂。此外，有些方法在过程中需要添加剂，而这会污染液体，同时也会产生相对较低的气体溶解度。
美国公布的专利申请2018141837涉及一种纳米气泡和羟基自由基发生器(Nanobubble and Hydroxyl Radical Generator，NBHRG)以及一种利用NBHRG在不使用化学物质的情况下净化水的处理系统。已公布的PCT专利申请WO2005084786涉及含有氧纳米气泡的水及其制备方法。美国公布的专利申请US20100147701涉及一种用于施加通过液体的交变电场以增强消毒性质的方法和装置。已公布的PCT专利申请WO2017156410涉及一种用于产生纳米气泡的方法和装置，其中在一定压力下向该装置供应气体，使得气体被迫通过多孔侧壁并且在透气部件的外表面上形成纳米气泡。这些技术基于使用水电解和水力空化的方法，水电解是将水分解为氢气和氧气并且生成的气体形成纳米气泡的过程；水力空化是汽化、气泡生成和气泡内爆的过程，水力空化由于局部压力的降低和随后的增加而在流动的液体中发生。涉及电解的方法需要水和电极的直接液电接触或放电，或引入另一离子源。替代地，不使用电解的方法(诸如水力空化)被认为在产生可持续的纳米气泡方面效率较低，并且会导致增溶效应的降低。
到目前为止，已知与纳米气泡的制备有关的各种方法，然而，这些方法通常在产生纳米气泡的水中引入电解或外来物质(例如，离子)，这可能会导致污染。已公布的PCT专利申请WO2014148397使用水电解，将水分解为氢气和氧气，而生成的气体形成纳米气泡。已公布的PCT专利申请WO2005084786采用超声波辐照，并且进一步使用添加剂离子使纳米气泡稳定。美国公布的专利申请US20070189972涉及一种通过对包含在液体中的微气泡施加物理刺激以使微气泡突然收缩形成纳米气泡来形成纳米气泡的方法。此外，这种方法也涉及添加剂离子的使用。形成没有微气泡的相对较大数量的纳米气泡操作简单而且能源效率高，能够产生较高的气体溶解度。
已公布的欧洲专利申请EP2986975涉及用于在锥形纳米孔中控制纳米气泡和纳米颗粒动力学的方法和系统。
厌氧分解(Anaerobic Digestion，AD)是将可生物降解的原料(诸如动物粪便、污水、废弃食物等)转化为三种主要产物：生物气、沼渣和水。由于生物气在工业中，特别是在热能或电力的产生中的广泛应用，生物气的提取是非常期望的。然而，包括H2S的污染物具有很强的腐蚀性并且抑制燃烧，因此，在有效利用生物气之前，需要对生物气进行相当程度的净化。此外，人们普遍认为，在没有充分提取生物气(诸如甲烷和二氧化碳)的情况下处置厌氧分解产生的废物会对环境产生负面影响，诸如助长全球范围内的温室气体排放。现有的净化方法(诸如变压吸收、低温分离、化学洗涤和膜技术)通常都有大量的资金和操作成本。此外，现有的净化方法通常只有在大规模生物气生产时才具有成本效益，这意味着小规模、局部化的解决方案在经济上是不可行的。
生物气提取后剩余的沉淀物，即沼渣可以用于肥料、堆肥等。然而，在生物气和沼渣提取后剩余的废水通常含有污染物或其他不良污染物，这需要对排放水进行处理。
需要一种能够解决现有技术的至少一些缺点的用于生成纳米气泡或纳米液滴的方法、系统和装置。还需要一种能够解决现有技术的至少一些缺点的用于处理生物气和废水的方法和系统。此外，还需要一种用于处理多组分混合物的方法和系统。
发明内容
因此，提供了一种在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的方法；所述方法包括：
提供用于容纳液体的容器；
将介质分配在所述液体内，其中，所述介质在环境条件下提供到所述容器；
使用电极在所述容器的附近生成电场，以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，所述电极和所述液体不直接电接触以防止在所述容器内发生电解。
例如，所述环境条件包括在0℃到30℃范围内的温度。
例如，所述环境条件包括在0N/m2到2×105N/m2范围内的压力。
有利地，所述方法还可以包括在所述容器的附近提供磁场。
进一步有利地，所述磁场包括在0.5kgs-2A-1到2kgs-2A-1范围内的磁通量密度。
在一个方面中，所述介质是气体介质。有利地，所述气体介质包括两种或更多种气体的混合物。优选地，至少一种气体是富集的。
在另一方面中，所述介质是液体介质。有利地，所述液体介质包括两种或更多种液体组分的混合物。优选地，至少一种液体组分是富集的。
在一个方面中，所述液体是水性液体。
在进一步的方面中，所述液体包括去离子水。
在一示例性方面中，所述电场是静电场。
在另一方面中，提供了用于对所述容器中的内容物进行冷却的冷却构件。有利地，所述冷却构件使冷却剂在所述容器的附近流通。
在一个方面中，所述方法包括将所述容器排空。
在进一步的方面中，所述方法包括对所述容器中的内容物进行搅拌。有利地，所述搅拌通过摇摆运动提供。
在一示例性布置方式中，所述方法包括感测温度；和/或感测压力。
在一个示例中，所述液体的体积约为20cm3。有利地，将高达100巴的压力施加到所述容器。优选地，将大约30V的直流电压施加到所述电极。
在一个方面中，施加声信号以从所述液体中释放纳米气泡或纳米液滴。
在另一方面中，施加磁信号以从所述液体中释放纳米气泡或纳米液滴。
在一个方面中，将所述容器冷却至预定水平以便于将所述纳米气泡或纳米液滴储存在所述液体的主体内。有利地，将所述液体的主体冷冻。
在一示例性方面中，提供了一种在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的方法；所述方法包括：
提供用于容纳液体的容器；
将介质分配在所述液体内，其中，所述介质在环境条件下提供到所述容器；
在所述容器的附近生成电场以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，在所述容器内不发生电解。
本公开还涉及一种用于在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的发生器；所述发生器包括：
容器，所述容器用于容纳液体；
源，所述源用于将介质供应到所述容器以分配在所述液体中，其中，所述介质在环境条件下提供到所述容器；
电极，所述电极用于在所述容器的附近生成电场以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，所述电极和所述液体不直接电接触以避免电解。
有利地，所述电极可以包括可操作地连接到电压源的箔件，并且所述箔件可以层压使得所述箔件和所述液体没有直接电接触。
进一步有利地，所述箔件以螺旋约束构造折叠。
有利地，所述发生器可以包括以级联布置方式布置的多个电极，其中，所述多个电极中的每个电极相对于所述容器的壁成一角度设置。
有利地，至少一个磁体可位于所述发生器的附近。
进一步有利地，所述磁体提供在0.5kgs-2A-1到2kgs-2A-1近似范围内的磁通量密度。
在一个方面中，所述源包括用于供应气体介质的气体源。
在另一方面中，所述源包括用于供应液体介质的液体源。
在进一步的方面中，所述电极被配置为提供静电场。
在一示例性的布置方式中，所述发生器还包括用于对所述容器中的内容物进行冷却的冷却构件。有利地，所述冷却构件被配置为使冷却剂在所述容器的附近流通。在一个示例中，所述发生器的至少一部分限定用于在其中容纳所述冷却剂的通道。
在另一方面中，提供用于排空所述容器的真空构件。
在进一步的方面中，提供用于对所述容器中的内容物进行搅拌的搅拌构件。
有利地，所述搅拌构件包括机械搅拌器。
在一个方面中，所述电极包括阴极和阳极。
在另一方面中，限制所述阴极和阳极与所述容器的内容物直接电接触，以防止在所述容器内发生电解。
在一个方面中，所述阴极和阳极涂覆有或覆盖有电绝缘涂层或材料。
在另一方面中，所述阴极和阳极以平行构造布置，以提供强度与所述阴极和所述阳极之间的距离成反比的电场。
在进一步的方面中，所述电极包括多个阳极和多个阴极。
在另一方面中，所述电极包括网状构造。有利地，所述电极包括多个网状元件。
在一示例性布置方式中，所述多个阳极和所述多个阴极以平行构造布置。
在一个方面中，每个网状元件包括用于在其中接纳输送机构的一部分的孔。
在另一方面中，所述输送机构包括用于延伸穿过所述网状元件的孔的细长管状部件。有利地，所述管状部件可操作地安装在底座部件上。
在一个方面中，所述输送机构包括多个出口以便于所述介质在所述容器内的分配。有利地，所述出口的尺寸被设计为用于容纳通过其中的所述介质但是防止容器中的液体进入。
在另一方面中，所述电极被布置为由一系列同心元件组成。
在一个方面中，所述同心元件可以被构造成使得每个元件由接触的阴极和阳极组成。
在进一步的方面中，提供用于对所述介质进行富集的富集器。
在一个方面中，提供用于将所述纳米气泡或纳米液滴存储在温度受控环境中的存储容器。
在另一方面中，将所述纳米气泡或纳米液滴冷冻以便于储存。
本公开还涉及一种用于生成纳米气泡或纳米液滴的系统；其中，所述系统包括：
发生器，所述发生器包括：
容器，所述容器用于容纳液体；
源，所述源用于将介质供应到所述容器以分配在所述液体中；
电极，所述电极用于在所述容器的附近生成电场以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，所述电极和所述液体不直接电接触以避免电解；以及
控制电路，所述控制电路被配置为控制所述发生器。
根据一个方面；存在一种处理废水的方法，所述方法包括以下步骤：
提供用于接纳废水和气体的容器，其中，所述气体包括一种或多种组成气体组分；
将所述废水和所述气体的第一气体组分引导至所述容器；
将所述容器中的内容物的温度从第一温度降低至第二温度，以促进包括所述废水和所述第一气体组分的笼形水合物的形成；
相对于所述第二温度升高所述容器中的内容物的温度以促进所述笼形水合物的熔化；以及
从所述容器中去除清洁水和/或所述第一气体组分。
在一个方面中，所述方法还包括生成所述第一气体组分的纳米气泡。
在另一方面中，将所述第一气体组分引导至所述容器包括从所述容器中可控制地释放所述第一气体组分的纳米气泡。有利地，所述容器包括纳米气泡发生器。优选地，可控制地释放所述第一气体组分的纳米气泡包括向存储所述纳米气泡的液体施加信号。在一示例性实施例中，所述信号包括声学信号或电磁信号中的至少一个。
在一个方面中，所述方法还包括从所述容器中去除残余物。
在另一方面中，所述方法还包括从所述发生器去除所述气体的第二气体组分。在一个示例中，所述第一气体组分包括二氧化碳或一氧化碳。在一个示例中，第二气体组分包括甲烷。
根据另一方面；提供了一种处理废水的系统，所述系统包括：
用于接纳废水和气体的容器，其中，所述气体包括一种或多种组成气体组分；
用于将所述废水和所述气体的第一气体组分引导至所述容器的构件；
温度控制构件，所述温度控制构件配置为：
将所述容器中的内容物的温度从第一温度降低至第二温度以促进包括所述废水和所述第一气体组分的笼形水合物的形成；以及
相对于所述第二温度升高所述容器的温度以促进所述笼形水合物的熔化；以及
用于从所述容器中去除清洁水和/或所述第一气体组分的构件。
根据另一方面；提供了一种用于处理多组分混合物的系统，所述系统包括：
用于接纳第一介质和第二介质的容器；
用于向所述容器供应第一介质的源和用于向所述容器供应第二介质的源；
用于控制所述容器中的内容物温度的温度控制构件，其中，所述温度控制构件被配置为控制所述容器中的内容物的温度以促进包括所述第一介质和所述第二介质的水合物的形成，并且其中，所述温度控制构件被配置为控制温度来促进所述水合物的熔化以提供第一经处理介质和第二经处理介质。
在一个方面中；所述第一介质包括气体，其中，所述气体包括一种或多种组成气体组分。有利地，在所述容器中形成的水合物为笼形水合物。
在另一方面中，所述系统还包括用于生成所述气体的第一气体组分的纳米气泡的纳米气泡发生器，并且还包括用于在所述纳米气泡发生器的容器和所述容器之间进行连接的至少一个导管。
在一个方面中，提供了一种处理多组分混合物的方法，所述方法包括：
将第一介质提供到容器；
将第二介质提供到容器；
控制所述容器中的内容物的温度以促进包括所述第一介质和所述第二介质的水合物的形成，以及
控制所述容器中的内容物的温度来促进所述水合物的熔化以提供第一经处理介质和第二经处理介质。
在一个方面中，所述第一介质包括气体，其中，所述气体包括一种或多种组成气体组分。
此外，本公开涉及从液体中释放纳米气泡或纳米液滴的方法；所述方法包括通过向存储有纳米气泡或纳米液滴的液体施加信号来可控制地释放所述纳米气泡或纳米液滴；其中，所述信号包括声学信号或电磁信号中的至少一个。
附图说明
现在将参照附图对本教导进行描述，在附图中：
图1描述了对根据本公开的用于执行产生纳米气泡或纳米液滴的方法的系统进行详细描述的工艺图；
图2描述了形成图1的系统的一部分的发生器的一实施例，包括该发生器的横截面；
图3是示出了电极的一个示例性实施例的透视图；
图4是示出了电极的另一示例性实施例的透视图；
图5是示出了电极的进一步示例性实施例的透视图；
图6是对产生纳米气泡或纳米液滴的示例性步骤进行详细说明的流程图；
图7是示出了在不同施加电场强度下纳米气泡表面积与其稳定性增强之间的关系的图；
图8是示出了纳米气泡尺寸和纳米气泡寿命之间的关系的图；
图9是示出了DC电源的电流在24小时的时间段内的变化的图；
图10是同样符合本教导的用于生成纳米气泡或纳米液滴的另一个系统；
图11是根据本教导的实施例的用于处理生物气和废水的系统的图示；
图12是示出了根据本教导的一实施例的使用图11的系统处理生物气和废水的方法的示例性步骤的流程图；
图13是示出了用于处理废水的方法的示例性步骤的流程图；
图14是示出了用于处理多组分混合物的方法的示例性步骤的流程图；
图15是符合本公开的实施例的用于生成纳米气泡或纳米液滴的装置的图示；
图16是根据本公开的实施例的电极的图示；以及
图17a和图17b提供分子动力学模拟的视图。
具体实施方式
现在将参照用于通过形成纳米气泡和天然气水合物对来自厌氧分解的生物气和废水进行处理的示例性方法、发生器和系统来描述本公开。将理解的是，提供示例性的方法、发生器和系统以帮助理解本教导，并且其不应被解释为以任何方式进行限制。此外，在不偏离本教导的精神的情况下，参照任何附图描述的元件或组件可以与其他附图的元件或组件或其他等效元件互换。将理解的是，为了说明的简单性和清楚性，在认为适当的情况下，附图标记在附图中可以重复以指示相应或类似的元件。
参照附图并且首先参照图1和图2，图1和图2示出了根据本公开的用于生成纳米元素的系统100，所述纳米元素可以是纳米气泡或纳米液滴。系统100包括发生器101，在该发生器中生成纳米元素。发生器101包括限定容器102的内部中空区域，该容器在其中容纳液体103。在本示例性实施例中，液体103可以是去离子水或其他水性溶液。将气体或液体形式的介质供应到容器102，以分配在液体103内。提供如在图2中最佳地示出的电极104以在容器102的附近产生电场，以便于在容器中产生纳米元素。电极104和液体103不直接电接触，以避免在容器102内发生电解。在该示例性实施例中，电极104覆盖或涂覆有绝缘材料或涂层；或者类似物等。
提供诸如冰箱或等温浴105的冷却构件以冷却容器102内的内容物。等温浴105被配置为使冷却剂流通通过发生器101的在容器102附近的至少一部分。在该示例性实施例中，发生器101具有双壁，在该双壁中设置有用于在其中容纳冷却剂流的通道106。冷却剂通过入口管道107被引入通道106。冷却剂随后经由出口管道108返回到等温浴105。本领域技术人员将理解的是，存在多种可以用作冷却剂的冷却试剂。例如，在一示例性实施例中，冷却剂被提供为水和乙二醇的混合物。替代地，冷却剂可以是防冻剂。等温浴105可操作为供应在263-343K的温度范围内的冷却剂。
发生器102还包括用于密封容器102的密封构件。密封构件可以包括封闭盖109和用于可操作地与发生器102的侧壁接合的密封垫圈110。在该示例性实施例中，密封垫圈110由聚四氟乙烯制成。可以提供用于排空容器102的真空构件，该真空构件例如可以提供为真空泵111。可以提供用于搅拌容器中的内容物的搅拌构件。在一示例性实施例中，搅拌构件包括机械搅拌器(未示出)，该机械搅拌器可以被配置为提供摇摆运动。
可以使用数据采集系统112来监测与发生器102相关联的参数。提供温度传感器113以感测与容器102中的内容物相关联的温度。在该示例性布置方式中，温度传感器包括热电偶。提供有压力传感器114以感测与发生器102相关联的压力。在一个示例中，使用铂电阻温度计(热电偶)对与发生器102相关联的温度进行监测。使用数据采集系统112每隔一段时间隔对通过温度传感器113监测的温度和通过压力传感器114监测的压力进行记录。
发生器102还包括介质的源115。在本示例性实施例中，源115包括三个离散的气体源，所述三个气体源被选择性地控制以向容器102提供合适的气体或气体的组合。尽管图1示出了三种气体源是丙烷、甲烷和氢气，但本领域技术人员将理解的是，可以使用任何合适的气体源，并且不旨在将本公开限制到所描述的示例性气体。通过控制电路116控制发生器102。控制电路116与源115、真空泵111、温度传感器113、压力传感器114、数据采集系统112以及等温浴105通信。背压阀117便于将介质从源115受控地引入容器102，而不会损失来自容器102中的液体103。入口导管118提供介质从源115到容器102的路径。提供流量计119以计量到容器102的介质的流量。
在使用中，气体从气体源115到容器102的引入通过一系列球阀120控制，并且将在下面进行进一步更详细地描述。对气体源115的控制包括改变上述一系列球阀120，以在需要时将气体或气体组合传送到真空泵111或倾卸部(dump)121。如果背压阀117关闭，则背压缸122容纳气体流。
图2详细描述了包括容器102的双壁的发生器101的横截面，在该容器中装载有液体103和介质。在该示例性实施例中，液体103是去离子水并且体积为20cm3。本领域技术人员将理解的是，液体103可以包括任何合适的水性溶液，并且去离子水是作为示例而提供。如图3中最佳地示出的电极104包括阴极123和阳极124，在该示例性实施例中，阴极和阳极以平行布置方式通到体积102的底部，所述阴极和阳极生成施加到容器102的内容物上的静电场。电场的作用使得气体介质的纳米气泡或液体介质的纳米液滴在液体103内部的形成和积累。将DC电流施加到电极104，产生高达60伏的电位差。在本公开的一种表现形式中，发明人设想了按照所使用的其他参数的比例向上缩放的更大的电压，其他参数为例如引入到容器102中的液体103和介质的体积。
重要的是，本公开的有利特征在于，电极104的所有实施例都没有与液-气混合物直接电接触，电极已涂覆或覆盖有绝缘涂层或材料或者类似物。该绝缘涂层例如可以是电介质漆或其他合适的材料。因此，本公开与迄今已知的基于电解的方法不同。通过向包含纳米气泡的容器102的内容物施加声信号(诸如声脉冲)来进行纳米气泡的简便、可控和按需的提取。在施加声信号确定的时间段之后，纳米气泡或纳米液滴从液体103中被完全提取，使得容器102主要容纳液体103。这种提取方法不仅足够简便和可控，而且它还使得能够在远远早于纳米气泡亚稳性的时间段内进行提取，而纳米气泡亚稳性可以延伸到数月的时间。此外，利用磁场可以实现纳米气泡的简便、可控和按需的释放。该磁场可以由永久磁体提供，然而发明人设想了其他方式，例如电磁脉冲或脉冲系列。此外，如以下参照图9所描述的，这种提取气体的纳米气泡或液体介质的纳米液滴的方法是节能的。
图3描述了电极104A的第一代实施例，该电极104A由平行设置并且放置在容器102的底座126处的阴极123和阳极124组成。发明人进行的有限元研究发现，在本实施例中容器102中的仅30％的液体103暴露于电场中。因此，开发了另外两个实施例。
图4描述了由同心元件127组成的电极104B的第二代实施例，每个同心元件127还包括阴极123和阳极124，所述阴极和阳极在同心元件127上的任意给定点处平行接触设置。阴极123和阳极124都通过中心孔128通到它们各自的电触点。与图3所示的第一实施例相比，该实施例使得液体103能够更大程度地暴露于电场中，液体103被传送到同心元件127之间的空腔中。
图5描述了电极104C的第三代实施例，其中，电极104C包括多个阴极123和多个阳极124，该多个阴极和多个阳极以平行构造布置并且连接到多个网状元件129。每个网状元件129包括用于接纳输送机构131的一部分的孔130，该输送机构131用于将气体介质或液体介质输送到容器102。输送机构131包括细长管状部件132。细长管状部件132的尺寸被设计为使得其延伸穿过网状元件129的孔130。在本示例性实施例中，细长管状部件132可操作地安装在底座部件133上。细长管状部件132和底座部件133都可以由任何合适的绝缘材料，例如某种聚合物制成。输送机构131包括多个出口134，以便于介质在容器102内的分配。这些出口134的尺寸被设计为使得能够容纳介质，但是防止液体103进入由细长管状部件132或底座部件133限定的内部容积中。
底座部件133上的出口134相对于网状元件129进行定位，使得从源115引入到容器102的介质不会被网状元件129的材料线(material wire)限制在容器102的底部周围。横截面136描绘了出口134相对于网状元件129的布置方式。在本示例性实施例中，出口134在底座部件133上从管状部件132径向延伸。阴极123和阳极124都分别连接到在导电网31的相对侧上的它们自身的集电器总线上，以避免不希望的短路。与先前的实施例相比，电极104的该实施例将暴露于电场的液体水平和电场强度都增加了10倍，并且因此，发明人设想该实施例可进一步规模化用于工业应用。
从该方法中可获得的亚稳态气体溶解度水平明显高于迄今已知的如表1所示的水平。据发现通过该方法，甲烷的气体溶解度是实际的亨利定律的22.5倍，而氧气的气体溶解度是亨利定律的2.5倍。对于二氧化碳来说，发现实际的亨利定律系数增加了15倍。发明人设想，这在储气工业中有着明确的应用。发明人还设想的是，这在减少工业碳排放方面具有重要用途。
表1-以气泡形式在水中储存的甲烷
Figure BDA0003660046250000071
此外，该方法还可以应用于与在本公开中被称为液体103的母液相接触的相混合物(多种气体或多种液体)。一种可能的实现方式是甲烷和二氧化碳的混合物，但是该实现方式不应该被理解为对其范围的限制。二氧化碳亨利定律系数溶解度(以毫克每升计)是甲烷亨利定律系数溶解度的30倍。将电场施加到如在本发明的方法中的这种混合物将使得二氧化碳溶解度增加12倍，因此比甲烷显著更多的一部分二氧化碳将扩散到液体中，从而将甲烷净化到97-98％范围内的水平。例如，在控制农业甲烷生产的生物气工业中，或在处理厌氧分解池中的生物气(例如，在废水处理工业中)中，这具有重要的应用。同样可以去除可能抑制燃烧的诸如H2S的腐蚀性污染物，使得在热和/或电生产(例如在热电联合循环)中使用生物气可行。
不使用电解产生纳米气泡的方法历来被认为能量效率较低，然而本公开比任何现有技术公开的能量效率显著更高。从这个角度来看，技术人员将理解的是，本公开对工业具有重大价值。
现在参照图6，图6示出了对根据本公开的用于生成纳米气泡或纳米液滴的示例性步骤进行详细描述的流程图150。步骤154，将液体装载在容器102内。步骤156，将诸如气体介质或液体介质的介质分配在容器102内的液体103内。步骤158，使用电极104在容器102的附近生成电场，以促进纳米气泡或纳米液滴的生成。步骤159，电极104和液体103不直接电接触，以防止在容器102内发生电解。
图1示出了根据本公开的示例性布置方式的示意图，该布置方式可以用于实施流程图150的步骤。将理解的是，并不旨在将本公开内容限制到在此描述的仅作为示例提供的特定发生器101。发生器101被提供为容积为340cm3的不锈钢(SS-316)平衡容器102，并且使用24MPa的最大设计压力进行实验。通过使在等温浴105中作为冷却剂的水和乙二醇的混合物流通来控制容器102的温度。等温浴105的温度可调节在263-343K的范围内。使用精度为0.1K的铂电阻温度计(Pt-100)来测量容器102的温度。使用双壁发生器有助于控制温度，同时冷却液不会对水103造成污染。通过基准铂电阻温度计对温度计进行校准。与容器102相关的压力由不确定度为±0.010MPa的传感器114进行监测。使用可调节速度的摇摆设备来在容器102中施加机械搅拌。系统100还配备有数据采集程序112，以记录不同时间间隔的温度和压力。将理解的是，此处描述的示例性值仅作为示例提供，并且可使用替代值。
电极104的阴极123和阳极124可操作地连接到具有30V电位的DC电源。将电场施加到水103上。水103在第一步骤中被装载，随后使用封闭盖109和密封垫圈110对容器102进行密封。发生器101加载有100巴的气体，并且在纳米气泡或纳米液滴形成期间记录压力。本领域技术人员将理解的是，并不旨在将本公开限制到所描述的示例性值。例如，设想的是可以将DC电源的电压设置为任意期望的值。
在开始该过程之前，使用空气流对容器102进行洗涤、清洁和完全干燥；这是为了对将装载液体和引入介质的容器102进行清洁，以避免任何污染。随后，通过注入1MPa压力的氮气来检查容器102是否有泄漏。泄漏测试是为了确保纳米气泡形成过程中压力读数的准确性。在下一步骤中，清除惰性气体，并且使用真空泵111约30分钟以从容器102中排出捕获的气体。使用惰性气体以及气体排空的第二清洗步骤去除了由容器102限定的体积内的任何不需要的气体分子。将体积为20cm3的去离子水3装载入容器102中；经发现该体积的水103提供了良好水平的可再现性能。通过从源115注入选定的气体来增加与容器102相关的压力，直到达到所需压力。在本示例性实验中，将大约100巴的气体加载到容器102。在存在机械搅拌的情况下，水103在气-水接触约2小时后达到饱和。使用可调节速度的摇摆设备(未示出)来增加容器102中的机械搅拌。这种机械搅拌使水变得湍流，以实现更好的水-气接触，从而产生更高的气泡形成率。然后施加DC电流(0-60V)，同时记录每秒的压力和温度。将理解的是，此处描述的示例性值仅作为示例提供，并且可以使用替代值。
使用分子动力学模拟来研究外加电场中纳米气泡形成的机制，并且表征其稳定性条件。从电场中水合物分解的分子动力学中可以看到纳米气泡。本发明人研究了纳米气泡在外加电场下的稳定性，如图7所示，结果表明水合物在更高场强度下的稳定性更高。
甲烷纳米气泡形成后，将溶液在环境条件(压力、温度)下储存三个月，并且使用动态光散射法进行表征。结果表明在老化过程中，纳米气泡合并在一起，使得气泡尺寸增加，但这种增加不足以迫使纳米气泡离开水介质，如图8所示。
纳米气泡在形成过程的24小时期间的形成能量可以基于容器102内的储存能量来计算，其中电极104和水103的组合可以模拟具有约3nF容量的电容器。在纳米气泡形成期间，水103的介电值发生变化，这可以被认为是电容器泄漏。为了补偿该泄漏，必须将额外的能量添加到系统100中。因此，为了计算总能量，在该形成过程中通过数据采集系统112记录所施加的电流。图9的图示出了电流随时间的变化。观察到的电流非常低，但这种振荡在24小时内的平均值为22nA，这意味着需要向电容器添加1.9毫库仑才能保持相同的能量水平。因此，24小时形成纳米气泡的总能量将为：
Figure BDA0003660046250000091
这对于仅20ml的液体103来说是非常少量的能量供应，这表明能量效率的水平显著。这可以与例如废水工业中目前可用的系统进行比较来理解。本系统100的能量消耗为0.3Whr/m3的水103。这远低于目前在废水工业中用先进系统可获得的能量消耗(40Whr/m3)。此外，废水工业中的曝气水平(aeration level)目前达到的溶解氧极限约0.5mg/l，而本公开的方法达到25-30mg/l的水平。此外，在本公开中实现的曝气水平在数月的时间范围是亚稳态的。将理解的是，此处描述的示例性值仅作为示例提供，并且可使用替代值。
根据本教导的方法中的关键参数为：
场强度(在图3的电极设计中的E＝V/d)
其中，V是施加的电压；以及
d是电极设计中阴极与阳极之间的距离。
当使用第一代电极104A时，施加30V电压以产生相对较高的场强度。本领域技术人员将理解的是，由于可以施加其他值，因此并不旨在将所施加的电压限制在60V。阴极与阳极之间的距离d为5mm。因此最大的施加电场为12000V/m。该d值在图4的第二代电极104B和图5的第三代电极104C中可能不同，因此场强度将会相应地改变。分配主要随电极几何形状和设计变化。
一般来说，降低分子的动能，使得纳米气泡更松弛，使气泡形成过程更快。另一方面，极其低的温度会引起一些不必要的反应，诸如在甲烷或水冻结的情况下形成水合物。因此，发明人选择甲烷为15℃(低于甲烷水合物形式13℃)，且氧气为2℃。
为了加速纳米气泡的形成，发明者意识到需要更多的气体分子与水103进行接触。这通过增加容器102内的气体压力来实现。在本示例性布置方式中，容器102加载有100巴的气体。发明人意识到，可以通过改变清除系统或通过使用富集器增加预饱和步骤使该压力大大降低。
参照图10，其示出了同样根据本教导的用于生成纳米气泡或纳米液滴的另一系统200。该系统200与系统100基本上类似，并且相似的元件由相似的附图标记指示。系统200和系统100之间的主要区别在于系统200包括用于富集气体介质的富集器205。发明人意识到，如果增加气体吸收会使得在场移除和减压后更高的亚稳态气体容量会持续超过数月甚至更长时间的话，则通过增加气体吸收来优化性能。即23的DoX因子设计中的T、P和E-场强度。例如，可以在一系列的8个实验中使用40巴和160巴、1℃和35℃以及约5000V/m和20000V/m的(估计的)电场强度来研究两个因变量的回归拟合等，两个因变量为：在E-电场和P条件下灌中的溶解气体水平，以及其次，从压力容器102中移除并且在实验室中环境压力下储存后数小时内的溶解气体水平(mg/l)。
储存容器210可以用于储存纳米气泡/纳米液滴。在系统200中，储存容器210处于3-4℃，这使得反向纳米气泡空化和团聚到微米尺寸(并且逸出到气相)减慢。然而，为了长期储存(以月为单位)，或者为了含有纳米气泡的液体的运输，将含有纳米气泡的水在从容器102中取出后直接冷冻，以将纳米气泡长期储存在水中。随后进行解冻以供后续使用。
值得注意的是，在高压下同时仍在容器102中的冷冻液体(包含纳米气泡)将使得能够实现事实上更高水平气体溶解度的长时间保存。例如，有可能在冰中获得高水平(数千mg/l)的例如O2(在实验室中在大约100巴时已经达到1400mg/l的DO)，然后冰可以在环境压力下在冷冻室中储存数天；气体会从冰中渗出，但速度很慢。如果冰可以储存在廉价、商品化的约25巴的压力容器桶(例如，塑料、铝)中，其中，所述压力容器桶在过程工业中通常/常规地用于运输过程中的中间加压储存，冰可以以非常经济的方式在该容器中保存在普通工业/消费者冷冻室中，以在显著升高的气体水平的情况下进行长期储存和运输，然后在更高的额定压力容器中被解冻时用于其他地方。
可以使用声学和/或磁场暴露来提取纳米气泡或纳米液滴以提供可控的、按需的释放。通过将储存容器210暴露于约10-50N的声脉冲中，可以看到气体的纳米气泡或液体的纳米液滴在数小时内，而不是数周或数月内大部分从液体离开，否则在数月内，纳米气泡或液体的纳米液滴会发生亚稳态化。发明人还意识到，磁场可以用于提供纳米气泡或纳米液滴从水中的可控的释放。该磁场可以使用永久磁体或电磁脉冲或一系列这样的脉冲来提供。场强度可以是毫特拉斯数量级或更高。
种类(species)在水性纳米相流体(是液滴还是气体，部分地取决于相对于它们各自种类特定的临界点的主要温度和压力)中的差异吸收是一个重要的基本特征，可以对其进行控制以改进纳米相作为种类分离过程的试剂的利用。
纳米相增强的气液吸收操作(或者实际上是液体-液体提取操作)的开发在用于各种目的和应用(诸如关于气体排放的空气质量合规性)的填料塔中的经典液内气体吸收(gas-in-liquid absorption)中具有多种应用/兴趣。有利地，由于纳米相的额外收容(additional accommodation)，公式yi＝Hixi(其中，Hi是亨利定律常数，HLC)通常的气液平衡常数可以由
Figure BDA0003660046250000101
来代替，其中，
Figure BDA0003660046250000102
是增强的实际的HLC。(考虑到这种亚稳态的时间范围超过数个月，并且远短于单元操作停留时间，这将被理解为是实用和有效的工作近似)。因此，发明人保存了单元操作的依赖于“平衡”条件的工艺工程设计分析的语料库(corpus)。
通过纳米相中明显的大大提高的表面积与体积比，再加上更有利的实际的平衡条件，设计和研究比目前商业上可用的更有效的多组分气体分离/富集操作将是非常简单的。尽管本公开的这个概念可应用于纯净气体提取(pure-gas stripping)，但是其对于在气相中以及溶解在不混溶液相中的多组分气体混合物的差异吸收(例如，如以下所述的生物气净化和废气处理)来说具有更高的价值。在某些实施例中，可以使用在线气相色谱系统来近乎实时地确认气体富集水平以用于过程控制目的(即，气体成分的比率控制)。相关的分子动力学模拟表明多组分气体混合物在液体中的吸收的微观机制，这将使得能够进一步优化工艺。
在某些实施例中，无论是针对单一组分还是多种组分，该原理可以进一步应用于蒸馏法。同样，对于纳米气泡增强的气液操作，由于纳米相的额外收容，可以使用‘NB-移位平衡(NB-shifted equilibrium)’的
Figure BDA0003660046250000103
其中，
Figure BDA0003660046250000104
是增强的实际的HLC。在采用这种移位平衡关系的初步过程-模拟结果中，与传统蒸馏相比，已获得更低的能耗(约40％)以及显著增强的最易挥发组分(most volatile component，MVC)的气相富集。
这里，在初步的“预-NB”操作中，根据烟气成分，可以应用变压吸附(pressure-swing-adsorption，PSA)类型的方法来去除较高的CO2浓度，尤其是当％CO2高于约10-12％时，这是因为CO2通常存在于钢铁和水泥厂以及发电站或CHP装置(无论是在沼气或任何其他行业中)的烟气排放中。现在，一旦PSA已用于高浓度CO2的烟气处理，即用于CO2去除的“繁重工作(heavy lifting)”、“容易摘到的果实(low-hanging fruit)”或“经济/操作上有益的边际CO2去除处理”，就有希望实现NB支持的差异烟气提取(stripping)/去除。
在本公开的有利的实施例中，例如通过喷射器或文丘里型(Venturi-type)喷嘴使(残余)烟气直接通过水将使得烟气富集，其中形成有一些初步的微气泡，然后如上所述形成活性纳米气泡/液滴。O2和N2作为超临界的不可冷凝气体将都会消失，就水浓度而言，会略微超过(不超过约2.5倍)HLC水平。这可能会使其他(污染物)气体的溶解度极限大大提高。
在从烟气中去除气体组分的另一个实施例中，可以使用由含有碳纳米管的平面(或阻碍水从一侧到另一侧的通过的任何其它疏水多孔-固体网状物)隔开的双向液体/气体隔室。最初，双向箱体的“空”侧可以包括由真空泵施加的真空，使该侧的绝对压力约为0.3-0.5巴(bara)。优选地，双向箱体的该侧的压力小于1bara。(装载NB或纳米液滴的)液态水在双向箱体的另一侧。然后(污染物、疏水性)气体(诸如CO、CO2、甲烷、氨气等)通过碳纳米管传递到气体侧，因为上述气体的化学势驱使它们通过气相，而碳纳米管在任何可察觉的程度上都不允许水通过。
在与上述关于从烟气中去除气体组分的实施例类似的实施例中，可以实现直接捕获空气(direct air capture，DAC)。除非需要，则如上所述的PSA型方法步骤并不特别需要作为预备步骤。设想的是，除“环境空气”之外，纳米气泡生成以及基于阻止/拒绝水通过的疏水或碳纳米管过滤还可以用于进一步的实施例中。更具体地，这里的“环境空气”或DAC指的是室内或室外空气，但至关重要的是，其处于或接近环境压力。然而，设想的是，这也可以应用于具有升高的甲烷水平或氨气等的(季节性或全年)农业空气，诸如室内电池农业，以及上述特别是在超出用于点发射器的专用CCS式系统的城市及其周边地区的DAC。这些实施例的进一步应用可以包括但不限于作物生长、灌溉、水培、养鱼场和水产养殖。可以理解的是，DAC被进一步认为作为减缓气候变化努力和处理特别是在城市和工业环境中的污染的一部分是非常可取的。因此，对DAC方法和系统的任何这种改进被广泛理解为是有利的。
有利地，对于不互溶液体的混合物，公式xi,k＝Ki,j,kxi,j(其中，Ki,j,k是种类j在液相i中相对于k的液-液分配系数)中的液-液平衡-分配关系可以用
Figure BDA0003660046250000111
(其中，
Figure BDA0003660046250000112
是增加的实际的分配系数，这是由于在一个相中的额外优先收容)来代替。在不混溶液体的实验中，已经观察到纳米液滴在每个液相中不同程度的生成实现了种类在一个液相中的大量富集。这是本公开的一个显著的有利方面，并且是化学工业中的重要单元操作。有利地，在某些实施例中，多组分石油纳米液滴可以用作使用上述纳米液滴形成方法来在水中富集石油馏分的种类浓度的方式。在利用
Figure BDA0003660046250000113
的模拟中，观察到石油纳米液滴在水中的大量富集。设想的是，这种应用可能对重临成熟的油井非常有用。
用于产生纳米气泡的示例性发生器、系统和方法的另一有利应用是在农业环境中。具体地但非排他地，用于产生纳米气泡或纳米液滴的示例性发生器、系统和方法可用于增强种子发芽率。增强种子发芽率对农业、动物饲料和生物燃料生产中的作物生长生产力有很多好处。如所讨论的，在使用示例性发生器、系统和方法的各种实施例中，可以获得大量吸收有所需气体的水。在一些实施例中，所述气体可以是氧气。有利地，使用示例性发生器、系统和方法，水可以包含的溶解氧水平可以高达25-30mg/l。举例来说，进行实验以测试高含氧水在增强豆瓣菜种子发芽率中的效用。将五到六颗豆瓣菜种子放在一个24槽的托盘中；每个槽中放置了大约70毫升的泥炭藓。向第一个托盘的每个槽提供大约15ml的去离子水，向第二个托盘的每个槽提供具有大约15mg/l溶解氧(主要以纳米气泡形式)的15ml去离子水。7天后，对两个托盘进行比较，发现与含有无纳米气泡的去离子水的托盘相比，在具有包含纳米气泡的去离子水的托盘中，种子发芽生长率提高了大约35％。因此，用于产生纳米气泡的本发生器、系统和方法的另一个有利方面是其在促进作物生长中的效用。将理解的是，豆瓣菜种子发芽的示例仅作为示例提供，不应被解释为以任何方式、形状或形式进行限制。根据本公开产生的含有纳米气泡的液体的使用可以应用于各种液体和气体，并且取决于用户的需要可以在不同的规模下应用。例如，设想的是，用于在其中生成纳米气泡的液体和气体的容器除了私人使用之外还可以针对工业规模进行调整。有利地，可以将要用DO富集的液态水放置为与大气空气直接接触，随后可以进行纳米气泡的生成过程。这可以通过将露天水(沉淀)罐和储液器改装到大的“网格化”规模来实现。
有利地并且类似于上述关于气-液吸收和液-液提取的实施例，公式Zk＝Kj,kxj((其中Kj,k是种类j在固相中相对于k的固液分配系数)的固-液平衡-分配关系可以由
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(其中，
Figure BDA0003660046250000115
是增强的实际的分配系数，这是由于在液相中作为纳米气泡或纳米液滴的额外优先收容)来代替。在实验中，已经观察到纳米液滴或纳米气泡在液相中不同程度的生成实现了种类在液相中的大量富集。固液浸出是采矿和采掘工业中非常重要的单元操作。可以根据分别在图11和图12中最佳描述的系统和方法，通过形成水合物对所产生的具有增强的矿物质和溶解的离子种类的废水进行处理/清洁。如前所述，如果需要的话，可以通过O2-纳米气泡增强的活性沉淀物对残余的水进行进一步清洁。
在本公开的进一步有利的实施例中，化学计量过量的H2可以以纳米气泡的形式置于厌氧分解池中生成“网格质量(grid-quality)”的纯生物气，诸如生物甲烷，而不需要随后的净化。如以下将要讨论的，纳米气泡生成也可以在AD步骤本身中用于H2S和CO2吸收。因此，对事后生物气净化的需求在很大程度上是多余的，这提供了对现有的厌氧分解池的进一步改进。AD步骤中额外的氢气使其能够制造更多的纯生物气/生物甲烷，且CO2和H2S更少。使用纳米气泡形式的H2使得能够实现更高水平的甲烷纯度，这意味着需要更少的生物甲烷富集(这仍然可以根据以下图11和图12所描述的系统和方法进行)。
现在参照图11，其示出了用于处理多组分混合物的示例性系统1100的工艺流程图。在本示例性实施例中，系统1100可以包括前面附图中的示例性发生器101，然而，设想的是其他纳米气泡或纳米液滴源是可行的，并且在各种实施例中现场生成纳米相组分是可选的和有利的。在本示例性实施例中，系统1100可以用于通过纳米气泡和气体水合物形成来处理由厌氧分解池产生的生物气和废水。然而，示例性系统1100不限于在厌氧分解的上下文中使用，并且可以设想其他用途。
现在将通过对来自厌氧分解池的废水进行处理的示例性方法来描述系统1100的操作，然而，说明的是，废水是第一介质的一个示例，而诸如生物气的气体是第二介质的一个示例。此外，第一介质和/或第二介质的源不需要是厌氧分解池，如将在考虑(例如)前述的各种实施例时理解的那样。
废水可以经由第一入口1105引入到发生器101，而生物气可以经由第二入口1110引入到发生器101。可选地可以将废水在到达发生器101之前引导通过砂过滤器1115，以便最大限度地减少到达发生器101的除废水本身之外的颗粒物质或其他不希望的材料的体积。一旦生物气和/或废水已提供到发生器101，就可以启动生物气净化过程。在本示例性实施例中，生物气净化过程是诸如图6所示的纳米气泡生成过程。有利地，诸如图6所示的生物气净化过程的生物气净化过程可以在一次过程中完成，也就是说，可以获得高达约98％纯度的甲烷，因此可以不需要再重复进行净化过程。在本示例性实施例中，微生物可以转化H2S，使硫沉淀；加入铁，生成FeSO4。已经通过形成CO2纳米气泡而由CO2净化的CH4可以经由第一出口1120从发生器101输送到气体储存单元1125。在本示例性实施例中，气体储存单元1125包括多个气体储存容器。在生物气净化之后，废水和CO2纳米气泡可以从发生器101中释放。在本示例性实施例中，如前面所述的，可以通过施加声学或电磁信号，将CO2从发生器101中的溶剂化纳米气泡形式中可控制地释放。废水和CO2可以经由第一出口1135引导至次级处理容器1130。代替将废水引导至发生器101，可以在发生器101处设置出口(未示出)，该出口连接到将废水引导至次级处理容器1130的导管。出口可以通过水龙头或诸如阀门机构的可控制释放机构(未示出)连接到导管。
将理解的是，虽然本附图示出了次级处理容器1130的三个复制件，但这仅是为了阐明在次级处理容器1130中发生的三阶段过程的图示目的而呈现。现在将对该三阶段过程进行描述。
在第一阶段中，将废水和CO2装载到次级处理容器1130。在本示例性实施例中，将废水和CO2在室温下装载到处理容器1130。
在第二阶段中，将次级处理容器1130冷却到低于第一阶段的装载温度的温度。在第二阶段中，由CO2和废水形成笼型水合物。笼型水合物的形成显著地净化了废水。已经与水分离的残余污物然后可以从次级处理容器1130中引导出，留下CO2和清洁水。
在第三阶段中，然后可以升高次级处理容器1130的温度，从而便于熔化笼型水合物。然后可以经由第二出口1140将清洁水从次级处理容器1130中引导出。在一个实施例中，可以将清洁水引导至保水容器(未给出)，诸如但不限于储水罐或筒仓。该保水容器可以用于临时或长期储水。在另一实施例中，可以将清洁水引导至公共或私人供水。CO2可以经由第三出口1145引导至气体储存单元1125的气体储存容器中。
图12是示出了使用图11的示例性系统1100对多组分混合物进行处理的示例性方法1200的流程图。首先，1210，执行图6的步骤。在一个实施例中，在步骤1210中提供到发生器101的液体全部包括废水。在替代的实施例中，在步骤1210中提供到发生器101的液体部分地包括废水，并且部分地包括除废水之外的另一种液体。在另一实施例中，提供到发生器101的液体不包括任何废水，并且废水从厌氧分解池或另一源直接提供到次级处理容器1130。通常，将从厌氧分解池中接收废水，然而将理解的是，其他废水源诸如但不限于污水，也是同样可行的。例如，要使用图11和图12的系统和/或方法进行净化的废水可以包括但不限于：海水、压裂水(frack-water)、反渗透废水、农业废水、屠宰场和制革废水、采矿废水以及来自水泥和建筑的废水。此外，气体源不一定来自厌氧分解池，仅举例来说，气体可能来自垃圾填埋场、采矿、建筑、工业、车辆或其他环境。实际上，所述厌氧分解池的实施例仅作为示例提供；诸如气体的客体种类的纳米气泡或纳米液滴与废水组分一起形成水合物并处理废水的使用可以应用于各种废水处理方案。事实上，多组分气体和废水流的整合净化除厌氧分解以外预计将广泛应用于从小规模的农业或家庭用途到大规模的工业应用(诸如化学处理或生产工厂)的各种不同规模的环境中。如前所述，提供到发生器101的介质可以是两种或更多种气体的混合物。在本示例性实施例中，在步骤1210中提供到发生器101的气体介质至少包括甲烷和二氧化碳。更重要的是，如上所述，还可以使用发生器101形成纳米液滴，因此，纳米液滴可以用于图12的上述工艺和图11的系统1100中。甲烷以外的气体组分可包括但不限于丙烷、乙烷、丁烷、戊烷、己烷等，以及在需要时，它们的异构体，诸如异丁烷。在多组分混合物涉及多种液体的实施例中，可以形成包括液体而不一定包括气体的水合物。
第二气体的纳米气泡(或纳米液滴或某些组合)的形成基本上净化了第一气体。在本示例性实施例中，第二气体的纳米气泡的形成可以将第一气体净化到大约98％。一旦根据步骤1210中存在的示例性步骤完成了对第一气体的净化，则可以从发生器101去除1220净化后的第一气体。在本示例性实施例中，可以将净化后的第一气体引导至气体储存单元1125。在本示例性实施例中，第一气体组分是甲烷。
在本示例性实施例中，供应156到发生器101的容器的介质是多组分气体。可以根据图6的步骤1210对该多组分气体进行分离，并且可选地将净化后的第一气体组分从发生器101的容器引导出。在去除1220净化后的第一气体之后，介质的第二气体组分(由于步骤1210现在呈溶剂化纳米气泡的形式)可以从发生器101中可控制地释放1230。除了介质的第二气体组分之外，还可以将第二介质(在本示例性实施例中是废水)引导至次级处理容器1130。可以从发生器101容器或直接从源引导废水。废水的源可以与第一介质的源相同或不同。在本示例性实施例中，废水和第一介质的源是厌氧分解池。在本示例性实施例中，将第二气体组分从其纳米气泡形式中的可控制释放可以根据前述的释放方法来执行，其中，将声学或电磁信号施加到发生器101。在本示例性实施例中，形成纳米气泡的第二气体组分可以是二氧化碳，并且从发生器101的容器引导出的净化后的组分可以是甲烷。
在步骤1230之后，第二气体的纳米气泡和废水然后可以引导1240至保持在第一温度T1的次级处理容器1130。在本示例性实施例中，第一温度T1是室温，或者在
Figure BDA0003660046250000131
的近似范围内。将理解的是，本示例中的温度是以开尔文(Kelvin，K)的SI基本单位给出。
然后可以将次级处理容器1130的温度降低1250至温度T2＜T1。在本示例性实施例中，温度T2在273K至283K的近似范围内。随后，开始从第二气体和废水形成1260笼型水合物，从而基本上净化了废水。笼型水合物是非化学计量比的晶态包合物，其中氢键水主体晶格将小客体分子包合在空腔中。水合物在(重污染)水的处理方面变得非常重要，因为它们能够与引入的气体形成化学计量比纯的晶体，从而通过浮选与残余污泥分离。为了使水合物结晶有效，气体和水之间需要密切接触。显然，纳米相(无论是以气泡或液滴形式，还是以某种组合形式)的开发将提高水溶液的浓度(尤其是对于液体纳米液滴来说)和接触面积。例如，在迄今为止对丙烷纳米液滴和约为4％wt(固体)废水的研究中，在压力容器系统中的水合物生成速率大约是不使用纳米相情况的两倍，CO2和甲烷的水合物生成速率则提高了几倍。在纳米液滴的分子动力学(Molecular Dynamics，MD)模拟中，发明人还见证了显著提高的水合物形成速率，这是由于水相客体的超饱和度所带来的。
将现在由于形成气体水合物而从废水中分离出来的残余污物从次级处理容器1130中去除1270。在某些实施例中，残余污物可以重新放置到废物保留单元中。残余污物随后可以用于工业或其他地方，例如用作原料。
在从次级处理容器1130去除残余污物之后，可以升高1280次级处理容器1130的温度。在本示例性实施例中，次级处理容器1130的温度回到室温，或在
Figure BDA0003660046250000141
的近似范围内。通过相对于T2升高温度，使得笼型水合物可以发生熔化。然后可以将第二气体和清洁水中的一个或两者从次级处理容器1130中去除1290。
图11和图12的系统和/或方法分别可以组合地或单独地具有多种应用。有利地，存在各种小规模的应用，这些应用与现有技术相比在经济上显著更可行。仅作为示例，图11和图12的系统和/或方法可以分别用于包括小规模农业环境(诸如有少量牲畜或后期切割青贮/地点(late-cut silage/beat)的农场)的农业环境。在这种实施例中，除了废水处理，根据上述方法和系统净化生物甲烷或其他气体的方法还可以有利于生物甲烷或其他气体的自给自足的生产以支撑家庭和乳品业运作、运输(例如，汽车、拖拉机等)。
参照图13的流程图1300，其示出了根据本教导的废水处理方法的示例性步骤。在步骤1305中，提供用于接纳废水和气体的容器；其中，气体包括一种或多种组成气体组分。在步骤1310中，将废水和气体的第一气体组分引导至容器中。在步骤1315中，将容器中的内容物的温度从第一温度降低到第二温度，以促进包含废水和第一气体组分的笼型水合物的形成。在步骤1320中，相对于第二温度升高容器中内容物的温度，以促进笼型水合物的熔化。在步骤1325中，从容器中去除清洁水和/或第一气体组分。
参照图14的流程图1400，其示出了多组分混合物的处理方法的示例性步骤。在步骤1405中，将第一介质提供到容器中。在步骤1410中，将第二介质提供到容器中。在步骤1415中，控制容器中的内容物的温度以促进包括第一介质和第二介质的水合物的形成。在步骤1420中，控制容器中的内容物的温度以促进水合物的熔化，以提供第一经处理介质和第二经处理介质。
在本公开的另一有利实施例中，提供了一种有利于在环境条件下生成纳米气泡或纳米液滴的方法和装置。该方法可以包括图6的步骤，但是其中，该容器处于环境条件下。在本示例性实施例中，‘环境条件’是指紧邻装置周围的环境参数的值。环境条件参数可以指多个不同的参数，但本示例中特别指温度和压力。例如，环境条件可能包括但不限于在273.15K(0℃)至303.15K(30℃)的近似范围内的温度。例如，环境条件可以包括但不限于在0N/m2(0巴)至2×105N/m2(2巴)的近似范围内的压力。在相对较低的压力和温度下提供纳米气泡/液滴生成有很多优势。在一方面，与提供高温和/或压力相关的成本显著降低。此外，纳米气泡/液滴的生成变得更加容易获得。
现在参照图15，提供了示例的电极装置1500，该电极装置可以促进在环境条件下纳米气泡/液滴的生成。电极装置1500包括容器1510，该容器具有第一入口1520和第一出口1530，该第一入口被构造成便于在环境压力下的空气(或任何其他气体)进入，第一出口便于在环境压力下的空气/气体排出。有利地，这可以防止容器1510中的压力积聚。容器1510还包括第二入口1540，该第二入口被构造成便于液体如但不限于水的进入。在本示例性实施例中，电极装置1500包括在容器1510内以级联布置方式构造的一系列电极1550。当水经过电极1550并且从容器1510的顶部级联向下流到容器1510的底部时，由电极提供的电场促进纳米气泡的生成。容器1510还包括第二出口1560，该第二出口位于容器1510的底部或附近，以便于纳米气泡和液体的排出。有利地，这种构造有利于液体连续流动通过容器1510，从而有利于纳米气泡的连续生成。
如在本公开中描述的先前实施例中，电极1550和液体不直接接触，以防止电解。例如，电极1550可以涂覆有电绝缘涂层或层压。电极1550可以包括图3或图4的设计或其他设计。例如，电极1550可以包括层压的锡箔。为了以级联方式支持液体的定向流动，每个电极1550可以设置在基底1570上。此外，每个电极/基底布置方式可以根据需要以预定角度倾斜。电极1550的数量也可以根据需要进行选择；仅作为示例提供八个电极。
将理解的是，图15的装置仅作为示例提供。可以提供不同容积和/或几何形状的其它容器，以及不同的电极设计和配置以在环境条件下实现纳米气泡/液滴的生成。
在由防水材料覆盖的“锡箔”的最佳部署模式方面(通过绝缘体层压，以消除与极性液体的任何直接电接触以及相关的电解)，这可以是直线的和刚性的，或可以是以如图16所示的螺旋约束模式缠绕的，在螺旋约束模式中，“褶层(fold)”之间的间距为(亚)毫米。绝缘层1610可以以螺旋约束模式构造定位在阳极1620和阴极1630之间。这使得在这些“褶层”之间具有紧密的水通道，并且还使得在这些箔间空间中具有更高的电场强度。如前所述，溶剂(例如水)和气体(或少数液体)可以是流动的或静态的，并且生成纳米气泡和/或液滴。有利地，对于纯的或多组分少数相(气体或液体)，这可以在任何(局部)压力，高压力(表压)、低压力(表压)或环境压力(零表压)下实现。将理解的是，锡箔可以由铝和/或另一导电材料形成。
在另一个成本相当低的“实践”中，可以将层压箔条放入与空气连通的静态/流动的水主体，诸如但不限于鱼缸、池塘、湖泊、水库、厨房水槽等中，然后可以打开DC(或AC)电场。随后在水中产生空气纳米气泡。也可以进行螺旋式布置并且将其投放在池塘、湖泊、养鱼场、用于水处理的(活性污泥)沉淀池、用于植物灌溉或养鱼场等的(雨水)水容器。
在某些实施例中，可以在诸如容器1500的容器的附近提供磁场。发明人已经发现在容器的附近提供磁场可以增强纳米气泡的产生。磁体可以通过削弱氢键来促进分子扩散，并且由此促进更容易的水氧化。因此，可以在纳米气泡发生器的附近提供一个或多个磁体(未图示)。在本示例性实施例中，磁体提供的磁通量密度在0.5kgs-2A-1(0.5T)至2kgs-2A-1(2T)的近似范围内。
将理解的是，本公开的用于在环境条件下生成纳米气泡/液滴的方法和装置的应用有很多。气体分离(和其他气体-NB)应用包括：(i)空气富集(替代成本非常高的通过低温的O2/N2分离)，(ii)简单地在水中获得较高浓度的空气纳米气泡，以获得更多(高氧或“纳米气泡”)的水，尤其用于作物生长、灌溉、通过活性污泥进行水处理、养鱼场、植生学、细胞培养物发酵、降低溶液(例如牛奶)的粘度，并帮助避免热交换器中的生物污染，(iii)生物气富集，(iv)提高厌氧分解本身的氢-NB浓度(以获得更纯净的生物气)，(v)有助于提高液相加氢反应中的氢-NB水平，(vi)增加用于水藻/藻类生长的溶解O2(藻类生长中或其本身和/或用于先进的光生物反应器)，(vii)用于饮料行业的溶解CO2和N2–碳酸化和装瓶(以及也用于酒精饮料，例如葡萄酒、啤酒，的发酵/酿造的溶解O2)。
最终的NB浓度随时间和场暴露而变化。在环境和低压NB生成公开的实施例中，诸如以上在图15中针对连续流示例所示，可以改变循环回路的数量、电极的数量、电极的斜率以产生每毫升107到1010个气泡(但是这些附图仅仅是说明性的，并且产生的纳米气泡的数量也可以在此范围之外变化)。图15的级联构造的另一个优点是，这有助于延长容器中介质的场暴露时间，同时有助于连续的流动操作。
电场强度对气泡的浓度和尺寸也有一定作用。较高的场强度会形成单位体积浓度较高的较小纳米气泡。场强度随施加电压和电极设计及组件而变化。在使用AC电压的情况下，所选频率也将产生影响。因此，利用交变电场也是生成纳米气泡(NB)的重要选择。
如上所述，这种环境和低压方法也可以用于在水中形成液态纳米液滴。在低和环境压力下与环戊烷/水和油/水混合物一起作用可以使得容易地形成液体纳米液滴。因此，上述图15可以同样地示出与水混合的非水液体。
如果多组分液体在环境压力下以纳米液滴的形式混合在母溶剂中，由于种类形成纳米液滴的不同倾向，这也将实现液体-种类分离。这可以有助于油回收和气体水合物形成。
在所有上述描述中，作为‘母液’溶剂的水可以用另一种对电场有响应的(偶极)溶剂代替。
现在参照图17a，示出了(气相)CO2与水接触的大规模分子动力学模拟的图像。特别地，图17a提供了整个系统的图示，其中具有两个平面的CO2-水界面1710、1720，其中CO2位于中央水‘带’1730的‘北侧’和‘南侧’。清晰可见的是水的表面处的致密(液体状)的CO2吸附膜。在水区域内(参见图17b所示的放大图)，灰色代表(水-水)氢键，并且在这个区域1730内的气体分子是通过常规的亨利定律溶剂化作用溶解(分子地)在水中的气体分子。
模拟箱体为25×50×25nm，含有259200个水分子和95333个CO2分子。液态水的本体气体压力(远离界面)约为100巴。
图17b提供了对图17a的一个界面的“缩放”放大，其中几个分子层的吸附膜厚度很大程度上与压力(无论是100巴还是环境压力)无关。环境压力模拟(1巴，绝对压力)仍然具有几乎和图17b中一样厚的界面积累，这解释了实际的亨利定律常数增强的环境和低压增强。这种压力对吸附界面膜厚度的较小依赖性证明了与在较高压力下预期的相比，在较低(局部)压力下，环境压力增加了吸附气体的量(质量)，其中，本体气相中有更多的远离界面的分子。
由于发明人观察到对于纯CO2，实际的CO2亨利定律常数增加约12倍，直接空气捕获(direct air capture，DAC)可能是可行的，从而提供了一种非常有利的CO2管理方法和系统。例如，可以以螺旋约束构造提供包在廉价的“便士磁铁(penny magnets)”中的层压的锡箔，并且该层压的锡箔被投放到浅池塘和沉淀池。在所述浅池塘和沉淀池中，空气中的碳(当然，空气本身)可能优先地被吸收为纳米气泡(NB)。这种含氧量更高和富含碳的水有利于植物生长和灌溉，同样，碳可以从空气中去除，从而带来显著的环境效益。
本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以对上述实施例进行多种修改。本领域的技术人员将理解的是，已参照仅作为示例提供的特定值(诸如压力、温度、电压、体积)对系统的操作进行描述，将理解的是，可以使用替代值。例如，当在本公开的范围内缩放或修改实验设置时，这些值可以改变。此外，本领域技术人员将理解的是，在本示例性实施例中不使用添加剂和/或电解实际上仅是示例。通过这种方式，将理解本教导仅在根据所附权利要求认为必要的范围内受到限制。
类似地，在说明书中使用时，词语包括/包含用于指明所述形成物、整数、步骤或组分的存在，但并不排除一种或多种附加形成物、整数、步骤、组分或其组的存在或添加。
将理解的是，虽然已经描述了用于生成纳米气泡/纳米液滴和处理生物气和废水的装置的示例性特征，但是这种布置方式不应被解释为将本发明限制于这些特征。用于生成纳米气泡/纳米液滴和处理生物气和废水的方法可以在软件、固件、硬件或它们的组合中实施。在一种模式中，该方法在软件中实施为可执行程序，并且由一台或多台专用或通用数字计算机执行，诸如个人计算机(PC；IBM兼容、苹果兼容或其他)、个人数字助理、工作站、小型计算机或大型计算机。该方法的步骤可以由软件模块驻留或部分驻留的服务器或计算机来实施。
一般而言，就硬件架构而言，如本领域技术人员将充分理解的是，这种计算机将包括处理器、存储器和一个或多个通过本地接口进行通信耦合的输入和/或输出(I/O)设备(或外围设备))。本地接口可以是例如但不限于本领域已知的一个或多个总线或其它有线或无线连接。本地接口可以具有附加元件，诸如控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器以及接收器，以实现通信。此外，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接，以实现其他计算机部件之间的适当通信。
处理器可以被编程以执行用于控制纳米气泡/纳米液滴的发生器以及更广泛地处理生物气和废水的系统的方法的功能。处理器是用于执行软件，特别是存储在存储器中的软件的软件设备。处理器可以是任何定制的或市售的处理器、主处理单元(CPU)、与电脑相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)、宏处理器，或者是通常用于执行软件指令的任何设备。
存储器与处理器相关联，并且可以包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM等))和非易失性存储器元件(例如，ROM、硬盘驱动器、磁带、CDROM等)中的任何一个或组合。此外，存储器可以结合电子、磁、光学和/或其他类型的存储介质。存储器可以具有分布式架构，其中各种部件在存储器中彼此远离，但是该存储器可以由处理器访问。
存储器中的软件可以包括一个或多个单独的程序。单独的程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表以便实现模块的功能。在迄今为止描述的示例中，存储器中的软件包括该方法的一个或多个组成部分并且可以在合适的运行系统(O/S)上执行。
本公开可以包括作为源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或包括要执行的指令集的任何其他实体提供的部件。当为源程序时，该程序需要通过编译器、汇编器、解释器等进行翻译，这些器件可以包含在内存中，也可以不包含在内存中，以便与O/S配合正常运行。此外，根据本教导实施的方法可以表示为(a)面向对象的编程语言，其具有数据和方法的类别，或(b)过程编程语言，其具有例程、子例程和/或函数，例如但不限于C、C++、Pascal、Basic、Fortran、Cobol、Perl、Java和Ada。
当在软件中实施该方法时，应当说明的是，这种软件可以存储在供任何计算机相关系统或方法使用或与任何计算机相关系统或方法结合使用的任何计算机可读介质上。在本教导的上下文中，计算机可读介质是供计算机相关的系统或方法使用或与计算机相关系统或方法结合使用的可以包含或存储计算机程序的电子、磁、光学或其它物理设备或装置。这种布置方式可以体现在供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的任何计算机可读介质中，指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机的系统、包含处理器的系统或可以从指令执行系统、装置或设备获取指令并且执行指令的其他系统。在本公开的上下文中，“计算机可读介质”可以是供指令执行系统、装置或设备使用或者与指令执行系统、装置或设备结合使用的可以存储、通信、传播或传输程序的任何装置。计算机可读介质可以是例如但不限于，电子、磁、光学、电磁、红外、或半导体系统、装置、设备或传播介质。附图中的任何过程描述或块应被理解为表示模块、段或部分代码，所述代码包括用于实现过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令，如本领域普通技术人员将理解的。
以上对本公开实施例的详细描述并非旨在详尽列举，也不旨在将本公开限制为所公开的确切形式。尽管以上出于说明性目的对本公开的具体示例进行了描述，但相关领域的技术人员将认识到，在本公开的范围内可以进行各种修改。例如，虽然过程和块已按特定顺序进行了说明，但是不同的实现方式可以执行替代顺序的例程或采用具有替代顺序的块的系统，并且可以对一些过程或块图进行删除、补充、添加、移动、分离、组合和/或修改以提供不同的组合或子组合。这些过程或块中的每一个可以以多种替代方式来实现。此外，虽然上述过程或块有时显示为按顺序执行，但是这些过程或块可以替代地并行执行或实施，或者可以在不同时间执行。上述过程或块的结果也可以保存在非持久存储器中，作为增加吞吐量和减少处理要求的方法。

Claims (57)

1.一种在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的方法；所述方法包括：
提供用于容纳液体的容器；
将介质分配在所述液体内，其中，所述介质在环境条件下提供到所述容器；
使用电极在所述容器的附近生成电场，以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，所述电极和所述液体不直接电接触以防止在所述容器内发生电解。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环境条件包括在0℃到30℃范围内的温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，环境条件包括在0N/m2到2×105N/m2范围内的压力。
4.根据权利要求1-3所述的方法，还包括在所述容器的附近提供磁场。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述磁场包括在0.5kgs-2A-1到2kgs-2A-1范围内的磁通量密度。
6.根据权利要求1-5所述的方法；其中，所述介质是气体介质。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述气体介质包括：
两种或更多种气体的混合物；或
两种或更多种气体的混合物；其中，至少一种气体是富集的。
8.根据权利要求1-5所述的方法；其中，所述介质是液体介质。
9.根据权利要求8所述的方法；其中，所述液体介质包括：
两种或更多种液体组分的混合物；或者
两种或更多种液体组分的混合物；其中，至少一种液体是富集的。
10.根据权利要求1至9所述的方法；其中，所述液体是水性液体。
11.根据权利要求1至10所述的方法；其中，所述液体包括去离子水。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法；其中，所述电场是静电场。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法；还包括应用冷却构件以对所述容器中的内容物进行冷却。
14.根据权利要求13所述的方法；其中，所述冷却构件使冷却剂在所述容器的附近流通。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法；还包括将所述容器排空。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法；还包括对所述容器中的内容物进行搅拌。
17.根据权利要求16所述的方法；其中，所述搅拌通过摇摆运动提供。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法；还包括感测温度；和/或感测压力。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法；其中，所述液体的体积约为20cm3。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法；其中，将高达100巴的压力施加到所述容器。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法；其中，将大约30V的DC电压施加到所述电极。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法；其中，施加声信号以从所述液体中释放所述纳米气泡或纳米液滴。
23.根据权利要求1至21中任一项所述的方法；其中，施加磁信号以从所述液体中释放所述纳米气泡或纳米液滴。
24.根据权利要求1至21中任一项所述的方法；其中，将所述容器冷却至预定水平以便于将所述纳米气泡或纳米液滴储存在所述液体的主体内。
25.一种用于在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的发生器；所述发生器包括：
容器，所述容器用于容纳液体；
源，所述源用于将介质供应到所述容器以分配在所述液体中，其中，所述介质在环境条件下提供到所述容器；
电极，所述电极用于在所述容器的附近生成电场，以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，所述电极和所述液体不直接电接触以避免电解。
26.根据权利要25所述的发生器；其中，所述源包括用于供应气体介质的气体源。
27.根据权利要25所述的发生器；其中，所述源包括用于供应液体介质的液体源。
28.根据权利要求21至23中任一项所述的发生器；其中，所述电极被配置为提供静电场。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的发生器；其中，所述电极包括操作地连接到电压源的箔件，并且其中，所述箔件被层压使得所述箔件和所述液体没有直接电接触。
30.根据权利要求29所述的发生器；其中，所述箔件以螺旋约束构造折叠。
31.根据权利要求25-28中任一项所述的发生器；其中，包括以级联布置方式布置的多个电极，其中，所述多个电极中的每个电极相对于所述容器的壁成角度设置。
32.根据权利要求25至31中任一项所述的发生器；其中，至少一个磁体位于所述发生器的附近。
33.根据权利要求32所述的发生器；所述磁体提供在0.5kgs-2A-1到2kgs-2A-1范围内的磁通量密度。
34.根据权利要求25至33中任一项所述的发生器；其中，所述发生器还包括用于对所述容器中的内容物进行冷却的冷却构件。
35.根据权利要求24所述的发生器；其中，所述冷却构件被配置为使冷却剂在所述容器的附近流通。
36.根据权利要求25至35中任一项所述的发生器；其中，所述发生器的至少一部分限定用于在其中容纳冷却剂的通道。
37.根据权利要求25至36中任一项所述的发生器；还包括用于排空所述容器的真空构件。
38.根据权利要求25至37中任一项所述的发生器；还包括用于对所述容器中的内容物进行搅拌的搅拌构件。
39.根据权利要求38所述的发生器；其中，所述搅拌构件包括机械搅拌器。
40.根据权利要求25至39中任一项所述的发生器；其中，所述电极包括包括阴极和阳极。
41.根据权利要求40所述的发生器；其中，限制所述阴极和阳极与所述容器中的内容物直接电接触，以防止在所述容器内发生电解。
42.根据权利要求41所述的发生器；其中，所述阴极和阳极涂覆有电绝缘涂层。
43.根据权利要求40或41所述的发生器；其中，所述阴极和阳极以平行构造布置，以提供强度与所述阴极和所述阳极之间的距离成反比的电场。
44.根据权利要求25至43中任一项所述的发生器；其中，所述电极包括多个阳极和多个阴极。
45.根据权利要求44所述的发生器；其中，所述电极包括网状构造。
46.根据权利要求44或45所述的发生器；其中，所述电极包括多个网状元件。
47.根据权利要求44至46中任一项所述的发生器；其中，所述多个阳极和所述多个阴极以平行构造布置。
48.根据权利要求47所述的发生器；其中，每个网状元件包括用于在其中接纳输送机构的一部分的孔。
49.根据权利要求48所述的发生器；其中，所述输送机构包括用于延伸穿过所述网状元件的孔的细长管状部件。
50.根据权利要求49所述的发生器；其中，所述管状部件操作地安装在底座部件上。
51.根据权利要求48至50中任一项所述的发生器；其中，所述输送机构包括多个出口，以促进所述介质在所述容器内的分配。
52.根据权利要求51所述的发生器；其中，所述出口的尺寸被设计为容纳通过其中的所述介质，但是防止所述容器中的液体进入。
53.根据权利要求25所述的发生器；其中，所述电极被布置为由一系列同心元件组成。
54.根据权利要求53所述的发生器；其中，所述同心元件被配置为使得每个元件由接触的阴极和阳极组成。
55.根据权利要求25至54中任一项所述的发生器；还包括用于对所述介质进行富集的富集器。
56.根据权利要求25至55中任一项所述的发生器；还包括用于将所述纳米气泡或纳米液滴储存在温度受控环境中的储存容器。
57.根据权利要求56所述的发生器；其中，将所述纳米气泡或纳米液滴冷冻以便于储存。
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