本發(fā)明涉及水的射流空化領(lǐng)域，尤其涉及一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置及制備方法。

背景技術(shù)：

在許多場合，提高水溶液的氣體溶解度或者說制備出高濃度的單質(zhì)及多質(zhì)氣體水溶液，具有非常特殊的效果和作用。譬如說，國內(nèi)外把富氫水作為一種高效抗氧化能力水溶液，進行了多年大量研究認為，富氫水具有特殊的強抗氧化能力且可選擇性的中和羥基自由基、亞硝酸陰離子等，并應(yīng)用于生命、生物科學及工業(yè)化學等等領(lǐng)域；如富氧水已經(jīng)在許多行業(yè)應(yīng)用，特別是水體養(yǎng)殖業(yè)提高溶氧量及水體凈化處理提高do值；再如富氮水具有較理想的殺菌脫氧效果，可以很好地應(yīng)用于動植物保鮮和農(nóng)業(yè)栽培應(yīng)用等等都得到良好的效果。眾所周知，純潔的水體中氣體的溶解度大小，有一定的飽和度，而且根據(jù)氣體的性質(zhì)、壓強和溶劑的溫度的不同而變化。例如，在20℃時，氣體的壓強為1.013×10^5pa，一升水可以溶解氣體的體積是:氫氣為0.01819l，氧氣為0.03102l。而氮氣在標準情況下的氣體密度是1.25g/l，氮氣在水中溶解度很小，在常溫常壓下，1體積水中大約只溶解0.02體積的氮氣等等。那么，提高氣體的溶解度或者說提高氣體在水溶液中的含量，對于各個領(lǐng)域來講，具有更特殊的效果和更廣泛的應(yīng)用范圍。如何提高各種氣體的高濃度水溶液已經(jīng)成為熱點研究課題。

專利cn103408122a《一種高氧富氫水及其的制備方法和應(yīng)用》制得水中所溶解的氧含量在20.0mg/l～70.0mg/l之間，所溶解的氫含量在1.0mg/l～10.0mg/l之間。專利cn105600905a《一種負離子富氫水的制備方法》制備的負離子富氫水的氫含量為0.8ppm～1.5ppm，氧化還原電位為-300mv～-500mv，釋放負離子個數(shù)500～1000個/cm³。專利cn105923712a《富氫水制備方法、裝置、罐裝水生產(chǎn)線、凈/飲水機》是利用水電解在陰極側(cè)形成的氫氣與水混合形成富氫水的方法。在常壓條件下控制生成的富氫水的濃度為2ppm。加之目前市售的各種富氣體元素的水都是在一定的含量水平上。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備方法和裝置。本發(fā)明的方法是利用各種單質(zhì)或多質(zhì)的氣體和10mω去離子水按照一定比例進行混合，經(jīng)本發(fā)明的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)備多重射流空化微反應(yīng)器組來制備各種標號的高濃度單質(zhì)或多質(zhì)氣體水溶液。通過本方法和設(shè)備制備的各種標號的高濃度單質(zhì)或多質(zhì)氣體水溶液，可以長時間保持水中的單質(zhì)或多質(zhì)氣體不析出，并且水中沒有添加任何化學物質(zhì)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，其特征在于，包括：

電源控制系統(tǒng)：為整個制備裝置供電，并控制電源的供電穩(wěn)定；

plc系統(tǒng)：與電源電源控制系統(tǒng)連接，用于控制制備裝置所有功能單元的工作；

水處理單元：基于觸媒，將水溶液進行快速的去離子化；

單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元：用于制備單質(zhì)或多質(zhì)氣體；

多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)：用于將去離子化的水溶液和制備好的單質(zhì)或多質(zhì)氣體進行混合，并輸出所需的高濃度水溶液。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述水處理單元包括去離子水機以及與去離子水機連接的觸媒單元。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述去離子水機的去離子水電阻率為10mω，所述的觸媒單元的觸媒包括koh堿性電解液。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元包括制氫裝置、制氧裝置、布朗氣體制備裝置、制氮裝置和常規(guī)氣體存貯裝置中的一種或多重組合。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述制氫裝置、制氧裝置采用相同的氫氧機，分別提供氫氣和氧氣；所述的布朗氣體制備裝置采用布朗機提供氫氧混合氣體；所述制氮裝置采用分子篩制氮機提供氮氣；所述的常規(guī)氣體存貯裝置采用常規(guī)儲氣罐提供所需的單質(zhì)或多質(zhì)氣體。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元包括電解槽，通過熱交換片與電解槽連接的氣液分離管，所述氣液分離管同時與離子水機以及觸媒單元連接，氣液分離管的液體分離出口與電解槽連接，所述氣液分離管的氣體分離出口與多重射流空化反應(yīng)單元連接。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述電解槽內(nèi)設(shè)有一個橫向貫穿整個電解槽的中心軸，電解槽內(nèi)的中心軸兩端固定有絕緣板，兩端的絕緣板之間對稱固定有兩組電極板，所述由多片組成，電極板間隔為1-3mm，電壓為12-48v,電解電流為50-200ma,電極板材質(zhì)為不銹鋼304，表面鍍鎳8-10μm。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)包括：

多重射流空化微反應(yīng)單元：用于將去離子化的水溶液和制備好的單質(zhì)或多質(zhì)氣體進行混合，

高濃度氣體水溶液調(diào)整單元：用于按照設(shè)定調(diào)整高濃度氣體水溶液的配比。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述多重射流空化微反應(yīng)單元的進口端與單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元連接，出口端與高濃度氣體水溶液調(diào)整單元連接，所述高濃度氣體水溶液調(diào)整單元還與去離子水機以及多重射流空化微反應(yīng)單元的進口端連接。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述多重射流空化微反應(yīng)單元包括筒狀本體以及設(shè)置在筒狀本體內(nèi)的射流空化微反應(yīng)器組；所述射流空化微反應(yīng)器組包括多重空化片一(b-1)、多重空化片二(b-2)垂直排列成至少一組或多組；多重射流空化微反應(yīng)單元的水溶液流向依次為入口端、至少一組或多組多重空化片組、出口端。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述射流空化微反應(yīng)器組中的多重空化片內(nèi)設(shè)有兩個依次連接漏斗狀容器，分別容器一和容器二；容器一和容器二開口小的一端連接在一起，且開口小的一端直徑為中；容器一的另一端開口為入；容器一的另一端開口為出；且容器一的高度為l1，容器一和容器二連接后的總高度為l0，且l1＝1/3l0。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)包括一個動力離心式多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)；所述動力離心式多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)包括筒狀本體以及設(shè)置在筒狀本體內(nèi)的微反應(yīng)器，所述微反應(yīng)器通過動力旋轉(zhuǎn)軸與筒狀本體外的電機配接，并能夠在電機的驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，筒狀本體水溶液進口端與去離子水機連接，氣體進口端與單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元連接；所述水溶液是電阻率為10mω的去離子水；所述單質(zhì)氣體是包括氫、氧、氮等各種單一純凈氣體；所述多質(zhì)氣體是至少包括兩種以上的單質(zhì)氣體的混合氣體。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述微反應(yīng)器包括由上至下依次設(shè)置的反應(yīng)端蓋片一、反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、以及反應(yīng)片四；所述反應(yīng)端蓋片一為圓環(huán)狀，中部圓孔設(shè)有用于和動力旋轉(zhuǎn)軸配接的法蘭；反應(yīng)片二、反應(yīng)片三為中部設(shè)有若干蜂窩狀圓孔，反應(yīng)片四為圓環(huán)狀，中部的圓孔與筒狀本體的內(nèi)部相通，所述反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、以及反應(yīng)片四的孔徑一樣，并且，反應(yīng)片一和反應(yīng)片二的通孔排列位置呈錯位相位排列，當反應(yīng)片一和反應(yīng)片二重合時，反應(yīng)片一上的每一個圓形通孔的圓心是反應(yīng)片二上三個相鄰圓形通孔的最近外相交點；每個微型反應(yīng)釜與相鄰的反應(yīng)釜相通，構(gòu)成了液體介質(zhì)在不同的空間、壓力、溫度、射流等狀態(tài)下連續(xù)流動并參與反應(yīng)的多重微型反應(yīng)釜；各個反應(yīng)片之間是密貼無間隙；由于微反應(yīng)器是高速旋轉(zhuǎn)的，在離心力的作用下液體經(jīng)中心通孔被吸入，液體向水平方向經(jīng)過各個微反應(yīng)器內(nèi)的微反應(yīng)腔射出。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、以及反應(yīng)片四上下疊加設(shè)置，且反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、以及反應(yīng)片四之間的蜂窩圓孔交錯排列。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，所述微反應(yīng)器包括由上至下依次設(shè)置的反應(yīng)端蓋片一、反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、反應(yīng)片五、反應(yīng)片六、以及反應(yīng)片四；所述反應(yīng)端蓋片一為圓環(huán)狀，中部圓孔設(shè)有用于和動力旋轉(zhuǎn)軸配接的法蘭；反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、反應(yīng)片五、反應(yīng)片六為中部設(shè)有若干蜂窩狀圓孔，各個反應(yīng)片之間是密貼無間隙；由于微反應(yīng)器是高速旋轉(zhuǎn)的，在離心力的作用下液體經(jīng)中心通孔被吸入，液體向水平方向經(jīng)過各個微反應(yīng)器內(nèi)的微反應(yīng)腔射出。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備裝置，反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、反應(yīng)片五、反應(yīng)片六以及反應(yīng)片四上下疊加設(shè)置，且反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、反應(yīng)片五、反應(yīng)片六之間的蜂窩圓孔交錯排列。

一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備方法，其特征在于，包括：

步驟1、自來水或市售的各種飲用水經(jīng)過去離子水機將水處理為10mω的去離子水，添加純度為99％koh電解質(zhì)，混合成濃度為3-8％的電解液，并由觸媒單元的管道輸送到2-10觸媒劑入口，當電解系統(tǒng)的電解液濃度上升到12％以上時，去離子水機將經(jīng)過管道向2-6氣液分離罐中補充純水，保持電解系統(tǒng)電解液的濃度和液體量；

步驟2、電解液通過氣液分離罐再到電解液循環(huán)管，由p1循環(huán)泵和f4閥門向電解槽中輸送電解液進行循環(huán)，電極板通電后產(chǎn)生的氫氧混合氣和水再經(jīng)過熱交換片回流到氣液分離罐進行循環(huán)，

步驟3、氣液經(jīng)過熱交換片時由熱交換風機提供熱交換并保持電解液溫度在40-70℃之間，氣液分離罐進行氣液分離，保持0.08-0.2mpa的壓力區(qū)間，觸媒劑入口提供koh觸媒，保持濃度3-8％之間，氣液分離罐分離出來的氣體經(jīng)過氫氧混合氣出口管道輸送在3多重射流空化反應(yīng)單元；

步驟4、氫氧混合氣體進入多重射流空化反應(yīng)單元進行反應(yīng)，同時高濃度氣體水溶液調(diào)整單元的去離子水由去離子水機10mω，經(jīng)管道和f5閥補充保持；p2動力泵、f1節(jié)流閥、f2調(diào)壓閥將水溶液濃度調(diào)節(jié)罐中的水溶液輸送到射流空化微反應(yīng)器組，進行射流空化循環(huán)反應(yīng)；當參數(shù)達標時，由f3閥門輸送到5高濃度水溶液儲存罐。

在上述的一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備方法，所述步驟4中，射流空化微反應(yīng)器組循環(huán)處理時間為60min時，檢測得到水溶液溫度為38℃；ph值為8.5；orp為-630mv；并得到氣泡尺寸與密度的頻度圖，顯示結(jié)果是頻度最大數(shù)直徑為50nm，頻度峰直徑為40nm，頻度最小值直徑為10nm；大量的溶氫氧微泡經(jīng)過射流空化微反應(yīng)器組的反應(yīng)后，液體的介質(zhì)和溶氫氧微泡的接觸界面產(chǎn)生了微泡離子的形態(tài)，即產(chǎn)生了納米尺寸效應(yīng)，氣體微泡在水溶液中可以長時間穩(wěn)定不析出，觀測到在不封閉的容器中可以保持三個月水溶液濃度基本沒有變化。

本發(fā)明的方法和設(shè)備可以制備出各種標號的高濃度單質(zhì)或多質(zhì)水溶液，并可以長時間保持水溶液的濃度、單質(zhì)或多質(zhì)氣體的氣泡尺寸范圍在10nm-120nm之間，頻度最大數(shù)直徑約30nm-60nm，頻度峰直徑約20nm-70nm，頻度最小值直徑約5nm-20nm，本發(fā)明的高濃度水溶液在封閉的容器中可以長期儲存，在不封閉的容器中可以保持三個月基本沒有變化。

附圖說明

圖1是高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備方法系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是水及觸媒制備單元的結(jié)構(gòu)示意圖。。

圖3是單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元的結(jié)構(gòu)示意圖。。

圖4是多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。。

圖5a是射流空化微反應(yīng)器組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5b是射流空化微反應(yīng)器組的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5c是射流空化微反應(yīng)器組中第一多重空化片b-1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5d是圖5c的左視結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5e是射流空化微反應(yīng)器組中第二多重空化片b-2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5f是圖5e的左視結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5g是殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5h是圖5g的左視結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖6a是單體微反應(yīng)器示意圖。

圖6b是單體微反應(yīng)器組合示意圖。

圖6c是射流空化微反應(yīng)器(單體)中p壓力、v流速和管徑變化三者關(guān)系的曲線圖。

圖7a是動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7b是動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。。

圖7c是動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器中反應(yīng)端蓋片一的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7d是圖7c的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7e是動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器中反應(yīng)片二的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7f是圖7e的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7g是動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器中反應(yīng)片五的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7h是圖7g的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7i是動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器中反應(yīng)片六的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7j是圖7i的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7k是動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器中反應(yīng)片三的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7l是圖7k的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7m是動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器中反應(yīng)片四的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7n是圖7m的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7o是動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器中反應(yīng)片五和反應(yīng)片六的重疊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7p是圖7m的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7q是動力離心式多重射流空化處理系統(tǒng)示意圖。

圖8是氫氧(2:1)混合氣體高濃度水溶液實施設(shè)備方案。

圖9是實施例中氣泡尺寸與密度的頻度圖。

圖10是實施例中oh濃度和壓力的關(guān)系圖。

圖11是實施例中oh濃度和時間的關(guān)系圖。

圖12是實施例中oh濃度和溫度的關(guān)系圖。

圖13是單質(zhì)氣體或多質(zhì)氣體示意圖。

具體實施方式

結(jié)合實施舉例對本發(fā)明的上述內(nèi)容作進一步的詳細說明，但不能理解為本發(fā)明技術(shù)方案僅限一下實施舉例。本發(fā)明適合于所有的單質(zhì)或多質(zhì)氣體的制備。

本發(fā)明包括：

電源控制系統(tǒng)：為整個制備裝置供電，并控制電源的供電穩(wěn)定；

plc系統(tǒng)：與電源電源控制系統(tǒng)連接，用于控制制備裝置所有功能單元的工作；

水處理單元：基于觸媒，將水溶液進行快速的去離子化；

單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元：用于制備單質(zhì)或多質(zhì)氣體；

多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)：用于將去離子化的水溶液和制備好的單質(zhì)或多質(zhì)氣體進行混合，并輸出所需的高濃度水溶液。

水處理單元包括去離子水機以及與去離子水機連接的觸媒單元。

去離子水機的去離子水電阻率為10mω，所述的觸媒單元的觸媒包括koh堿性電解液。

單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元包括制氫裝置、制氧裝置、布朗氣體制備裝置、制氮裝置和常規(guī)氣體存貯裝置中的一種或多重組合。

制氫裝置、制氧裝置采用相同的氫氧機，分別提供氫氣和氧氣；所述的布朗氣體制備裝置采用布朗機提供氫氧混合氣體；所述制氮裝置采用分子篩制氮機提供氮氣；所述的常規(guī)氣體存貯裝置采用常規(guī)儲氣罐提供所需的單質(zhì)或多質(zhì)氣體。

單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元包括電解槽，通過熱交換片與電解槽連接的氣液分離管，所述氣液分離管同時與離子水機以及觸媒單元連接，氣液分離管的液體分離出口與電解槽連接，所述氣液分離管的氣體分離出口與多重射流空化反應(yīng)單元連接。

電解槽內(nèi)設(shè)有一個橫向貫穿整個電解槽的中心軸，電解槽內(nèi)的中心軸兩端固定有絕緣板，兩端的絕緣板之間對稱固定有兩組電極板，所述由多片組成，電極板間隔為1-3mm，電壓為12-48v,電解電流為50-200ma,電極板材質(zhì)為不銹鋼304，表面鍍鎳8-10μm。

多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)包括：

多重射流空化微反應(yīng)單元：用于將去離子化的水溶液和制備好的單質(zhì)或多質(zhì)氣體進行混合，

高濃度氣體水溶液調(diào)整單元：用于按照設(shè)定調(diào)整高濃度氣體水溶液的配比。

多重射流空化微反應(yīng)單元的進口端與單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元連接，出口端與高濃度氣體水溶液調(diào)整單元連接，所述高濃度氣體水溶液調(diào)整單元還與去離子水機以及多重射流空化微反應(yīng)單元的進口端連接。

多重射流空化微反應(yīng)單元包括筒狀本體以及設(shè)置在筒狀本體內(nèi)的射流空化微反應(yīng)器組；所述射流空化微反應(yīng)器組包括多重空化片一(b-1)、多重空化片二(b-2)垂直排列成至少一組或多組；多重射流空化微反應(yīng)單元的水溶液流向依次為入口端、至少一組或多組多重空化片組、出口端。

射流空化微反應(yīng)器包括兩個漏斗狀容器依次連接，分別容器一和容器二；容器一和容器二開口小的一端連接在一起，且開口小的一端直徑為中；容器一的另一端開口為入；容器一的另一端開口為出；且容器一的高度為l1，容器一和容器二連接后的總高度為l0，且l1＝1/3l0。

多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)包括一個動力離心式多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)；所述動力離心式多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)包括筒狀本體以及設(shè)置在筒狀本體內(nèi)的微反應(yīng)器，所述微反應(yīng)器通過動力旋轉(zhuǎn)軸與筒狀本體外的電機配接，并能夠在電機的驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，筒狀本體水溶液進口端與去離子水機連接，氣體進口端與單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元連接；所述水溶液是電阻率為10mω的去離子水；所述單質(zhì)氣體是包括氫、氧、氮等各種單一純凈氣體；所述多質(zhì)氣體是至少包括兩種以上的單質(zhì)氣體的混合氣體。

微反應(yīng)器包括由上至下依次設(shè)置的反應(yīng)端蓋片一、反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、以及反應(yīng)片四；所述反應(yīng)端蓋片一為圓環(huán)狀，中部圓孔設(shè)有用于和動力旋轉(zhuǎn)軸配接的法蘭；反應(yīng)片二、反應(yīng)片三為中部設(shè)有若干蜂窩狀圓孔，反應(yīng)片四為圓環(huán)狀，中部的圓孔與筒狀本體的內(nèi)部相通，所述反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、以及反應(yīng)片四的孔徑一樣，并且，反應(yīng)片一和反應(yīng)片二的通孔排列位置呈錯位相位排列，當反應(yīng)片一和反應(yīng)片二重合時，反應(yīng)片一上的每一個圓形通孔的圓心是反應(yīng)片二上三個相鄰圓形通孔的最近外相交點；每個微型反應(yīng)釜與相鄰的反應(yīng)釜相通，構(gòu)成了液體介質(zhì)在不同的空間、壓力、溫度、射流等狀態(tài)下連續(xù)流動并參與反應(yīng)的多重微型反應(yīng)釜；各個反應(yīng)片之間是密貼無間隙；由于微反應(yīng)器是高速旋轉(zhuǎn)的，在離心力的作用下液體經(jīng)中心通孔被吸入，液體向水平方向經(jīng)過各個微反應(yīng)器內(nèi)的微反應(yīng)腔射出。

反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、以及反應(yīng)片四上下疊加設(shè)置，且反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、以及反應(yīng)片四之間的蜂窩圓孔交錯排列。

微反應(yīng)器包括由上至下依次設(shè)置的反應(yīng)端蓋片一、反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、反應(yīng)片五、反應(yīng)片六、以及反應(yīng)片四；所述反應(yīng)端蓋片一為圓環(huán)狀，中部圓孔設(shè)有用于和動力旋轉(zhuǎn)軸配接的法蘭；反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、反應(yīng)片五、反應(yīng)片六為中部設(shè)有若干蜂窩狀圓孔，各個反應(yīng)片之間是密貼無間隙；由于微反應(yīng)器是高速旋轉(zhuǎn)的，在離心力的作用下液體經(jīng)中心通孔被吸入，液體向水平方向經(jīng)過各個微反應(yīng)器內(nèi)的微反應(yīng)腔射出。

反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、反應(yīng)片五、反應(yīng)片六以及反應(yīng)片四上下疊加設(shè)置，且反應(yīng)片二、反應(yīng)片三、反應(yīng)片五、反應(yīng)片六之間的蜂窩圓孔交錯排列。

一種高濃度單質(zhì)氣體及多質(zhì)氣體水溶液的制備方法，包括：

步驟1、自來水或市售的各種飲用水經(jīng)過去離子水機將水處理為10mω的去離子水，添加純度為99％koh電解質(zhì)，混合成濃度為3-8％的電解液，并由觸媒單元的管道輸送到2-10觸媒劑入口，當電解系統(tǒng)的電解液濃度上升到12％以上時，去離子水機將經(jīng)過管道向2-6氣液分離罐中補充純水，保持電解系統(tǒng)電解液的濃度和液體量；

步驟2、電解液通過氣液分離罐再到電解液循環(huán)管，由p1循環(huán)泵和f4閥門向電解槽中輸送電解液進行循環(huán)，電極板通電后產(chǎn)生的氫氧混合氣和水再經(jīng)過熱交換片回流到氣液分離罐進行循環(huán)，

步驟3、氣液經(jīng)過熱交換片時由熱交換風機提供熱交換并保持電解液溫度在40-70℃之間，氣液分離罐進行氣液分離，保持0.08-0.2mpa的壓力區(qū)間，觸媒劑入口提供koh觸媒，保持濃度3-8％之間，氣液分離罐分離出來的氣體經(jīng)過氫氧混合氣出口管道輸送在3多重射流空化反應(yīng)單元；

步驟4、氫氧混合氣體進入多重射流空化反應(yīng)單元進行反應(yīng)，同時高濃度氣體水溶液調(diào)整單元的去離子水由去離子水機10mω，經(jīng)管道和f5閥補充保持；p2動力泵、f1節(jié)流閥、f2調(diào)壓閥將水溶液濃度調(diào)節(jié)罐中的水溶液輸送到射流空化微反應(yīng)器組，進行射流空化循環(huán)反應(yīng)；當參數(shù)達標時，由f3閥門輸送到5高濃度水溶液儲存罐。步驟4中，射流空化微反應(yīng)器組循環(huán)處理時間為60min時，檢測得到水溶液溫度為38℃；ph值為8.5；orp為-630mv；并得到氣泡尺寸與密度的頻度圖，顯示結(jié)果是頻度最大數(shù)直徑為50nm，頻度峰直徑為40nm，頻度最小值直徑為10nm；大量的溶氫氧微泡經(jīng)過射流空化微反應(yīng)器組的反應(yīng)后，液體的介質(zhì)和溶氫氧微泡的接觸界面產(chǎn)生了微泡離子的形態(tài)，即產(chǎn)生了納米尺寸效應(yīng)，氣體微泡在水溶液中可以長時間穩(wěn)定不析出，觀測到在不封閉的容器中可以保持三個月水溶液濃度基本沒有變化。

一、下面結(jié)合附圖介紹一下本發(fā)明的具體裝置結(jié)構(gòu)：

所述1水處理單元包括水去離子化的出來，去離子化水的電阻率10mω。所述的觸媒包括koh堿性電解液。

所述2單質(zhì)或多質(zhì)氣體制備單元包括a制氫裝置、b制氧裝置、c布朗氣體、d制氮裝置和e任何氣體。其中所述的a制氫裝置、b制氧裝置可以由氫氧機分別提供氫氣和氧氣。所述的c布朗氣體可以由布朗機提供氫氧混合氣體。所述d制氮裝置可以由分子篩制氮機提供氮氣。所述的e任何氣體可以由市售常規(guī)儲氣罐提供的單質(zhì)、多質(zhì)氣體。

所述多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)包括3多重射流空化反應(yīng)單元、4高濃度氣體水溶液調(diào)整單元、p動力泵、f1節(jié)流閥、f2調(diào)壓閥組成。

所述的3多重射流空化反應(yīng)單元包括射流空化微反應(yīng)器組、射流空化微反應(yīng)器(單體)、動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器、動力離心式多重射流空化處理系統(tǒng)。所述射流空化微反應(yīng)器組包括殼體端蓋、殼體、緊固螺栓、b-1多重空化片、b-2多重空化片組成，兩端設(shè)有入口、出口端。所述射流空化微反應(yīng)器(單體)為射流空化微反應(yīng)器組ⅰ和ⅱ的空化微反應(yīng)器單體的描述。所述的動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器包括動力旋轉(zhuǎn)軸、c-1微反應(yīng)器動力端蓋、c-2多重射流空化微反應(yīng)單組單片、c-3多重射流空化微反應(yīng)單組單片、c-4進口端蓋、c-5多重射流空化微反應(yīng)多組單片、c-6多重射流空化微反應(yīng)多組單片、c-7雙片組合、定位螺栓、固定螺栓組成。動力離心式多重射流空化處理系統(tǒng)包括7-1殼體、7-2動力電機、微反應(yīng)器組、f6進水閥、f7進氣閥、f8高濃度水溶液出口閥、通氣口組成。

所述圖5射流空化微反應(yīng)器組包括液體由入口進入，經(jīng)過多重空化組的射流空化后由出口排出。多重空化組由b-1多重空化片、b-2多重空化片組成的一組或多組，優(yōu)選5-15組組成。

所述圖6射流空化微反應(yīng)器(單體)的幾何尺寸關(guān)系為l1＝1/3l0。從p壓力、v流速和管徑變化三者關(guān)系的曲線圖可以得到：l1區(qū)間隨著管徑的收縮至l0時，流體壓力逐步下降，流速逐步增大，當管徑收縮到l0時，流速最大，流體壓力將至最小，由于慣性作用，流體壓力瞬間出現(xiàn)壓力負值現(xiàn)象，進而產(chǎn)生流體空化作用。此時，液體中的微泡核產(chǎn)生、生長擴大到潰滅產(chǎn)生巨大能量。當液體經(jīng)過ⅰ單體微反應(yīng)器時產(chǎn)生液體空化作用，當ⅱ單體組合時產(chǎn)生射流空化效應(yīng)，雙重空化的作用產(chǎn)生機械、熱效、化學、生物等等一系列效應(yīng)。主要表現(xiàn)在非均相反應(yīng)界面的增大；微泡過程中產(chǎn)生的高溫高壓使得高分子分解、化學鍵斷裂和產(chǎn)生自由基等。空化作用氣泡的壽命約0.1μs，它在急劇崩潰時可釋放出巨大的能量，并產(chǎn)生速度約為110m/s、有強大沖擊力的微射流，使沖擊碰撞密度極高，氣液界面面積增大，氣泡變小至納米級。本發(fā)明的雙重空化最佳參數(shù)是通過·oh濃度的增加量來確定的。其試驗結(jié)果為圖10·oh濃度和壓力的關(guān)系圖、圖11·oh濃度和時間的關(guān)系圖、圖12·oh濃度和溫度的關(guān)系圖。雙重空化最佳參數(shù)為溫度在0-50℃，優(yōu)選30-40℃；流體壓力為0.3-0.7mpa，優(yōu)選0.4-0.5mpa，處理時間為30-120min，優(yōu)選50-90min。

所述的圖7動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器包括液體是通過動力旋轉(zhuǎn)軸、c-1微反應(yīng)器動力端蓋、c-2多重射流空化微反應(yīng)單組單片的入口進入，由于離心力的作用，液體通過c-4片的通孔進入經(jīng)過c-1、c-2、c-3、c-4多重反應(yīng)組的反應(yīng)后，向圓柱體的切線方向輸出。包括液體通過c-4、c-5、c-6的中心通孔等多片組合的多重反應(yīng)組，由于離心力的作用經(jīng)過反應(yīng)后，向圓柱體的切線方向輸出。c-7為c-5和c-6的重疊示意圖，可以觀察到液體的走向。c-5、c-6為一組片，原則上組片越多功率越大，處理量也越大。本專利實施為3-20組，優(yōu)選5-15組。

動力離心式多重射流空化處理系統(tǒng)包括去離子水通過f6進水閥進入反應(yīng)系統(tǒng)，各種氣體經(jīng)過f7進氣閥進入反應(yīng)系統(tǒng)的底部，并有7.1-2電機提供動力，進行高速旋轉(zhuǎn)，微反應(yīng)器組產(chǎn)生離心力，氣液通過微反應(yīng)器底部的通孔吸入，并通過微反應(yīng)器的中心通孔將氣液分配到各個微反應(yīng)器的中心入口，進行反應(yīng)后的氣液沿微反應(yīng)器外壁的切線方向射出，并循環(huán)參加反應(yīng)。當微反應(yīng)系統(tǒng)中的水溶液濃度達到標準時，由f8高濃度水溶液出口閥排出。去離子水為10mω；離心轉(zhuǎn)速為100-2980r/min，優(yōu)選200-1200r/min，氣體的供給流量5-50ml/min，優(yōu)選10-30ml/min，反應(yīng)溫度為20-50℃，優(yōu)選30-40℃，反應(yīng)時間30-120min，優(yōu)選40-80min。

所述圖5射流空化微反應(yīng)器組包括射流空化殼體，射流微反應(yīng)組片a、射流微反應(yīng)組片b組成。所述圖7動力離心式多重射流空化微反應(yīng)器包括動力轉(zhuǎn)軸、微反應(yīng)器片a、微反應(yīng)器片b、微反應(yīng)器片c、微反應(yīng)器片d組成。所述圖4多重射流空化微反應(yīng)系統(tǒng)包括4-1溫度表、4-2ph計、4-3電動勢計、f1節(jié)流閥、f2調(diào)壓閥、p動力泵、3多重射流空化微反應(yīng)器、4水溶液濃度調(diào)節(jié)罐。

所述5高濃度氣體水溶液包括5成品罐。

所述圖8氫氧(2:1)混合氣體高濃度水溶液實施設(shè)備方案包括，1去離子水機(10mω)、2-1中心軸、2-2絕緣板、2-3電解槽、2-4電極板、2-5熱交換片、2-6氣液分離管、2-7壓力表、2-8溫度表、2-9安全閥、2-10觸媒劑入口、2-11氫氧混合氣出口、2-12電解液、2-13電解液循環(huán)管、2-14熱交換風機、p1循環(huán)泵、f4電解液循環(huán)閥門、3射流空化微反應(yīng)器、p2動力泵、4水溶液濃度調(diào)整罐、4-1溫度表、4-2ph計、4-3電動勢計、f1節(jié)流閥、f2調(diào)壓閥、f3閥門、5高濃度水溶液儲存罐組成。

二、下面以氫氧(2:1)混合氣體高濃度水溶液的制備為例，詳細說明采用本發(fā)明的具體方案。

參考圖8氫氧(2:1)混合氣體高濃度水溶液實施設(shè)備方案：氫氧(2:1)混合氣體高濃度水溶液實施設(shè)備方案包括，本發(fā)明設(shè)備制備用水可以是自來水或市售的各種飲用水，1去離子水機(通過國家許可的市售產(chǎn)品)將水處理為10mω的去離子水，添加純度為99％koh電解質(zhì)，混合成濃度為3-8％的電解液，并由觸媒單元的管道輸送到2-10觸媒劑入口，當電解系統(tǒng)的電解液濃度上升到12％以上時，去離子水機將經(jīng)過管道向2-6氣液分離罐中補充純水，保持電解系統(tǒng)電解液的濃度和液體量。電解液通過氣液分離罐再到2-13電解液循環(huán)管，由p1循環(huán)泵和f4閥門向2-3電解槽中輸送電解液進行循環(huán)，2-4電極板通電后產(chǎn)生的氫氧混合氣和水再經(jīng)過2-5熱交換片回流到2-6氣液分離罐進行循環(huán)，2-4電極板可以是由多片組成，電極板間隔為1-3mm，電壓為12-48v,電解電流為50-200ma,電極板材質(zhì)為不銹鋼304，表面鍍鎳8-10μm，采用電容式的電解方法進行電解，氣液經(jīng)過2-5熱交換片時由2-14熱交換風機提供熱交換并保持電解液溫度在40-70℃之間，2-6氣液分離罐進行氣液分離，由2-7壓力表、2-8溫度表控制讀數(shù)，通過2-9壓力表保持0.08-0.2mpa的壓力區(qū)間，2-10觸媒劑入口提供koh觸媒，保持濃度3-8％之間，2-6氣液分離罐分離出來的氣體經(jīng)過2-11氫氧混合氣出口管道輸送在3多重射流空化反應(yīng)單元。

氫氧混合氣體進入3多重射流空化反應(yīng)單元進行反應(yīng)，同時4高濃度氣體水溶液調(diào)整單元的去離子水由1去離子水機10mω，經(jīng)管道和f5閥補充保持。p2動力泵、f1節(jié)流閥、f2調(diào)壓閥將4水溶液濃度調(diào)節(jié)罐中的水溶液輸送到圖6射流空化微反應(yīng)器組，進行射流空化循環(huán)反應(yīng)。反應(yīng)由4-1溫度表、4-2ph計、4-3電動勢計監(jiān)控水溶液的濃度指標。圖6射流空化微反應(yīng)器組采用八組組合，循環(huán)處理時間為60min時，檢測得到水溶液溫度為38℃；ph值為8.5；orp為-630mv；并得到圖9氣泡尺寸與密度的頻度圖，顯示本例的結(jié)果是頻度最大數(shù)直徑約為50nm，頻度峰直徑約為40nm(50％粒子數(shù))，頻度最小值直徑約10nm。大量的溶氫氧微泡經(jīng)過射流空化微反應(yīng)器組的反應(yīng)后，液體的介質(zhì)和溶氫氧微泡的接觸界面產(chǎn)生了微泡離子的形態(tài)，即產(chǎn)生了納米尺寸效應(yīng)，氣體微泡在水溶液中可以長時間穩(wěn)定不析出，觀測到在不封閉的容器中可以保持三個月水溶液濃度基本沒有變化。當參數(shù)達標時，由f3閥門輸送到5高濃度水溶液儲存罐。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。