CN203955063U - 一种纳米气泡发生器 - Google Patents

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董亚明
段娟
胡秀涛
黄春雨
刘婷
刘云芳
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Abstract

本实用新型公开了一种纳米气泡发生器，本实用新型利用两种不同温度或不同含气量的水混合时，使水中的溶解气体会释放出来，汇集并生成纳米气泡。本实用新型设备和操作方法简单、重复性好、气泡的大小和数量可以通过水温或含气量差以及水流速度差异进行调节。

Description

一种纳米气泡发生器
技术领域
本实用新型涉及纳米气泡领域，具体地说是一种纳米气泡发生器。
背景技术
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，引力范围甚至超出100nm，用范德华力和表面双电层力的DLVO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气体存在造成的。根据这一理论，表面可能被纳米气泡覆盖，并且起着表面间黏附的桥梁作用，虽然这一理论符合许多实验现象，但依据传统热力学杨氏-拉普拉兹(YL)方程计算，直径在纳米级的气泡不可能稳定存在。这之后，表面科学领域陆续发表了一批固液界面间纳米气泡的研究结果，特别是近十年来，纳米气泡的研究成为学术界的讨论热点，也引起了广泛的争论。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，随后又有数个研究组采用不同的基底或不同的处理方法观测到表面存在的纳米气泡，上海交通大学生命科学技术学院纳米生物学研究室发展了醇水替换在云母和石墨表面稳定形成气泡的方法。证实了纳米气泡的存在。纳米气泡的存在可能影响其它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(microboilingbehavior)等等。另外，纳米气泡的存在可能对于生物学领域也具有重大意义。因而纳米气泡的制备方法成为目前科学领域以及制造业的开发研究的重点。
除了醇水替换法，还有多种制备纳米气泡的方法，诸如：曝气法、电场法、微波法、超声法等。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种纳米气泡发生器。
本实用新型通过如下技术方案实现：
一种纳米气泡发生器，由水槽、潜水泵、引水管和纳米气泡收集管组成，潜水泵置于水槽内部，纳米气泡收集管置于水槽底部，且潜水泵的出水口对准纳米气泡收集管，引水管一端在水槽外，另一端引至潜水泵的入水口处。
所述水槽上设有用于控制水位的溢水口和用于注水的注水口，潜水泵位于溢水口所在水平面下。
所述纳米气泡收集管是一顶端开口的柱状容器，其开口端对准潜水泵出水口。
利用上述发生器制备纳米气泡的方法包括以下步骤：
通过注水口向水槽内注入水至溢水口，通过引水管将与水槽内的水温度不同的水或与水槽内的水含氧量不同的水引入水槽内至潜水泵入水口处并与水槽内的水混合，开启潜水泵，潜水泵将混合后的水吸入并从出水口射出，从出水口射出的水进入纳米气泡收集管，由于纳米气泡是下沉的，可在纳米气泡收集管的底部收集。
本实用新型的原理有二：一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，释放的气体就越多则生成的纳米气泡的水量也越多，同时还会增大气泡的直径；二是当两种不同溶解气体含量的水混合时，溶解气体含量高的水中的溶解气体会释放出来，汇集并生成纳米气泡，含量差越大，释放的气体就越多则生成的纳米气泡的水量也越多，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。这主要是由于两温差水的混合比例不同或两种溶解气体含量差水的混合比例不同释放气体的量也不同造成的。利用本实用新型的装置并采用温差法或不同含气溶液法可获得纳米气泡，其优点在于操作方法简单、重复性好、气泡的大小和数量可以通过水温和潜水泵的流速的差异进行调节。
附图说明
图1为本实用新型的温差纳米气泡发生器的结构示意图，其中，1—水槽，2—潜水泵，3—引水管，4—纳米气泡收集管，101—溢水口，102—注水口，201—潜水泵的出水口，202—潜水泵的入水口。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，其为本实用新型的纳米气泡发生器，由水槽1、潜水泵2、引水管3和纳米气泡收集管4组成，槽上设有用于控制水位的溢水口101和用于注水的注水口102，潜水泵置于水槽内部且位于溢水口所在水平面下，纳米气泡收集管置于水槽底部，且潜水泵的出水口201对准纳米气泡收集管顶部开口，引水管一端在水槽外，另一端引至潜水泵的入水口202处。
通过注水口向水槽内注入23℃的水至溢水口，通过引水管将60℃的水引入水槽内至潜水泵入水口处并与水槽内的水混合，开启潜水泵1小时，提取纳米气泡收集管底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径大多集中在100-300纳米之间。而气泡的密度约为1000-1800/mL。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于引入的水为40℃。提取收集管底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径大多集中在20-110纳米之间。而气泡的密度约为100-400/mL。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于引入的水为4℃。开启潜水泵后1小时。提取收集管底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径大多集中在20-120纳米之间。而气泡的密度约为200-500/mL。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于水槽中的水的温度为90℃，引入的水为24℃。提取收集管底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径大多集中在100-300纳米之间。而气泡的密度约为2000-2500/mL。
以上可以看出，通过简单地控制水温差即可控制纳米气泡的大小和密度。
实施例5
本实施例与实施例1不同之处在于水槽中放置水温为25℃的普通水，引入水为含气量为145mg/L的水，开启潜水泵后1小时。提取收集管底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径大多集中在100-300纳米之间，而气泡的密度约为1000-1800个/mL。
实施例6
本实施例与实施例1不同之处在于水槽中放置水温为25℃的水，引入水为含气量为115mg/L的水，开启潜水泵后1小时。提取收集管底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径大多集中在40-150纳米之间，而气泡的密度约为300-600个/mL。
实施例7
本实施例与实施例1不同之处在于水槽中放置水温为25℃的水，引入水为含气量为95mg/L的水，开启潜水泵后1小时。提取收集管底部的液体，采用动态光散射测试发现气泡直径大多集中在20-120纳米之间，而气泡的密度约为100-400个/mL。
以上可以看出，通过简单地控制水槽内的水和引入水的含气量即可控制纳米气泡的大小和密度。

Claims (3)

1.一种纳米气泡发生器，其特征在于，由水槽、潜水泵、引水管和纳米气泡收集管组成，潜水泵置于水槽内部，纳米气泡收集管置于水槽底部，且潜水泵的出水口对准纳米气泡收集管，引水管一端在水槽外，另一端引至潜水泵的入水口处。
2.根据权利要求1所述的纳米气泡发生器，其特征在于，所述水槽上设有用于控制水位的溢水口和用于注水的注水口，潜水泵位于溢水口所在水平面下。
3.根据权利要求1所述的纳米气泡发生器，其特征在于，所述纳米气泡收集管是一顶端开口的柱状容器，其开口端对准潜水泵出水口。
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