一種微納米氣泡水的制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納米技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微納米氣泡水的制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]微納米氣泡發(fā)生技術(shù)是20世紀(jì)90年代后期產(chǎn)生的，21世紀(jì)初在日本得到了蓬勃的發(fā)展，其制造方法包括旋回剪切、加壓溶解、電化學(xué)、微孔加壓、混合射流等方式，均可在一定條件下產(chǎn)生微納米級(jí)的氣泡。
[0003]微納米氣泡，是指氣泡發(fā)生時(shí)直徑在10微米左右到數(shù)百納米之間的氣泡，這種氣泡是介于微米氣泡和納米氣泡之間，具有常規(guī)氣泡所不具備的物理與化學(xué)特性。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中有一些應(yīng)用微納米氣泡至研發(fā)、生產(chǎn)領(lǐng)域，但是對(duì)于科技農(nóng)業(yè)方面卻鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種能夠應(yīng)用于科技農(nóng)業(yè)的微納米氣泡水制備方法和應(yīng)用。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是:一種微納米氣泡水的制備方法，其特征在于包括依次進(jìn)行以下步驟:
[0007](1)對(duì)氣液混合流體施加壓力，使其高速旋轉(zhuǎn)，將氣液混合流體導(dǎo)入橢圓形容器中，氣液混合流體在橢圓形容器的中部形成負(fù)壓軸；
[0008](2)橢圓形容器在負(fù)壓軸的吸力可將氣液混合流體中混合的氣體或者外部接入的氣體集中到負(fù)壓軸上；
[0009](3)將高速旋轉(zhuǎn)的氣液混合流體從橢圓形容器兩端的噴射口噴出，即產(chǎn)生微納米氣泡。
[0010]本發(fā)明提供的制備方法的工作原理為:高速旋轉(zhuǎn)的氣液混合流體從橢圓形容器兩端的噴射口噴出時(shí)，氣液混合流體具有超高的旋轉(zhuǎn)速度與氣液密度比(1: 1000)的力學(xué)上的相乘效果，在氣液接觸界面間產(chǎn)生高速?gòu)?qiáng)力的剪切及高頻率的壓力變動(dòng)，形成人造極端條件，在這種條件下生成大量微米、納米級(jí)氣泡的同時(shí)具有打碎聚合分子團(tuán)，形成小分子團(tuán)活性水的效果，并能夠?qū)⑿〔糠炙肿与婋x分解，可以在微納米氣泡空間中產(chǎn)生活性氧、氧離子、氫離子和氫氧離子等自由基離子，尤其氫氧自由基有超高的還原電位，具有超強(qiáng)氧化效果可以分解水中正常條件下也難以分解的污染物，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的凈化。微納米氣泡在水中的溶解率超過(guò)85%，溶解氧濃度可以達(dá)到飽和濃度以上，并且微納米氣泡是以氣泡的方式長(zhǎng)時(shí)間(上升速度6cm/分鐘)存留在水中，可以隨著溶解氧的消耗不斷地向水中補(bǔ)充活性氧，為處理污水的微生物提供了充足的活性氧、強(qiáng)氧化性離子團(tuán)，并保證了活性氧充足的反應(yīng)時(shí)間，由微納米氣泡處理過(guò)的水的凈化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然條件下的自凈能力。
[0011 ] 上述一種微納米氣泡水的應(yīng)用，其特征在于將該微納米氣泡水應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖。
[0012]上述一種微納米氣泡水的應(yīng)用，其特征在于將該微納米氣泡水應(yīng)用于無(wú)土栽培。
[0013]上述一種微納米氣泡水的應(yīng)用，其特征在于將該微納米氣泡水應(yīng)用于果蔬清洗。
[0014]上述一種微納米氣泡水的應(yīng)用，其特征在于將該微納米氣泡水應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)。
[0015]上述一種微納米氣泡水的應(yīng)用，其特征在于將該微納米氣泡水應(yīng)用于污水處理。
[0016]所述污水處理包括吸附去除懸浮物和/或降解有機(jī)污染物。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:將微納米氣泡水的特性進(jìn)行發(fā)掘，將其特點(diǎn)應(yīng)用于科技農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，如無(wú)土栽培、果蔬清洗、生態(tài)修復(fù)、污水處理等，為微納米氣泡水的進(jìn)一步利用提供了解決方案。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]實(shí)施例:
[0020]一種微納米氣泡水的制備方法，其特征在于包括依次進(jìn)行以下步驟:
[0021](1)對(duì)氣液混合流體施加壓力，使其高速旋轉(zhuǎn)，將氣液混合流體導(dǎo)入橢圓形容器中，氣液混合流體在橢圓形容器的中部形成負(fù)壓軸；
[0022](2)橢圓形容器在負(fù)壓軸的吸力可將氣液混合流體中混合的氣體或者外部接入的氣體集中到負(fù)壓軸上；
[0023](3)將高速旋轉(zhuǎn)的氣液混合流體從橢圓形容器兩端的噴射口噴出，即產(chǎn)生微納米氣泡。
[0024]本發(fā)明提供的制備方法的工作原理為:高速旋轉(zhuǎn)的氣液混合流體從橢圓形容器兩端的噴射口噴出時(shí)，氣液混合流體具有超高的旋轉(zhuǎn)速度與氣液密度比(1: 1000)的力學(xué)上的相乘效果，在氣液接觸界面間產(chǎn)生高速?gòu)?qiáng)力的剪切及高頻率的壓力變動(dòng)，形成人造極端條件，在這種條件下生成大量微米、納米級(jí)氣泡的同時(shí)具有打碎聚合分子團(tuán)，形成小分子團(tuán)活性水的效果，并能夠?qū)⑿〔糠炙肿与婋x分解，可以在微納米氣泡空間中產(chǎn)生活性氧、氧離子、氫離子和氫氧離子等自由基離子，尤其氫氧自由基有超高的還原電位，具有超強(qiáng)氧化效果可以分解水中正常條件下也難以分解的污染物，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的凈化。微納米氣泡在水中的溶解率超過(guò)85%，溶解氧濃度可以達(dá)到飽和濃度以上，并且微納米氣泡是以氣泡的方式長(zhǎng)時(shí)間(上升速度6cm/分鐘)存留在水中，可以隨著溶解氧的消耗不斷地向水中補(bǔ)充活性氧，為處理污水的微生物提供了充足的活性氧、強(qiáng)氧化性離子團(tuán)，并保證了活性氧充足的反應(yīng)時(shí)間，由微納米氣泡處理過(guò)的水的凈化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然條件下的自凈能力。
[0025]微納米氣泡的特性，包括以下方面:
[0026]1.比表面積大
[0027]氣泡的體積和表面積的關(guān)系可以通過(guò)公式表示。氣泡的體積公式為V = 4 31 /3r3,氣泡的表面積公式為A = 4 π r2，兩公式合并可得A = 3V/r，即V總=η.Α = 3V總/r。也就是說(shuō)，在總體積不變(V不變)的情況下，氣泡總的表面積與單個(gè)氣泡的直徑成反比。根據(jù)公式，10微米的氣泡與1毫米的氣泡相比較，在一定體積下前者的比表面積理論上是后者的100倍?？諝夂退慕佑|面積就增加了 100倍，各種反應(yīng)速度也增加了 100倍。
[0028]2.上升速度慢
[0029]根據(jù)斯托克斯定律，氣泡在水中的上升速度與氣泡直徑的平方成正比。氣泡直徑越小則氣泡的上升速度越慢。從氣泡上升速度與氣泡直徑的關(guān)系圖可知，氣泡直徑1mm的氣泡在水中上升的速度為6m/min，而直徑10 μ m的氣泡在水中的上升速度為3mm/min，后者是前者的1/2000。如果考慮到比表面積的增加，微納米氣泡的溶解能力比一般空氣增加20萬(wàn)倍。
[0030]3.自身增壓溶解
[0031 ] 水中的氣泡四周存有氣液界面，而氣液界面的存在使得氣泡會(huì)受到水的表面張力的作用。對(duì)于具有球形界面的氣泡，表面張力能壓縮氣泡內(nèi)的氣體，從而使更多的氣泡內(nèi)的氣體溶解到水中。根據(jù)楊-拉普拉斯方程，ΔΡ = 2σ/Γ，ΔΡ代表壓力上升的數(shù)值，σ代表表面張力，r代表氣泡半徑。直徑在0.1mm以上的氣泡所受壓力很小可以忽略，而直徑10 μ m的微小氣泡會(huì)受到0.3個(gè)大氣壓的壓力，而直徑1 μπι的氣泡會(huì)受高達(dá)3個(gè)大氣壓的壓力。微納米氣泡在水中的溶解是一個(gè)氣泡逐漸縮小的過(guò)程，壓力的上升會(huì)增加氣體的溶解速度，伴隨著比表面積的增加，氣泡縮小的速度會(huì)變的越來(lái)越快，從而最終溶解到水中，理論上氣泡即將消失時(shí)的所受壓力為無(wú)限大。
[0032]4.表面帶電
[0033]純水溶液是由水分子以及少量電離生成的Η+和0Η-組成，氣泡在水中形成的氣液界面具有容易接受Η+和0Η-的特點(diǎn)，而且通常陽(yáng)離子比陰離子更容易離開氣液界面，而使界面常帶有負(fù)電荷。已經(jīng)帶上電荷的表面一般傾向于吸附介質(zhì)中的反離子，特別是高價(jià)的反離子，從而形成穩(wěn)定的雙電層。微氣泡的表面電荷產(chǎn)生的電勢(shì)差常利用ζ電位來(lái)表征，ζ電位是決定氣泡界面吸附性能的重要因素。當(dāng)微納米氣泡在水中收縮時(shí)，電荷離子在非常狹小的氣泡界面上得到了快速濃縮富集，表現(xiàn)為ζ電位的顯著增加，到氣泡破裂前在界面處可形成非常高的ζ電位值。
[0034]5.產(chǎn)生大量自由基
[0035]微氣泡破裂瞬間，由于氣液界面消失的劇烈變化，界面上集聚的高濃度離子將積蓄的化學(xué)能一下子釋放出來(lái)，此時(shí)可激發(fā)產(chǎn)生大量的羥基自由基。羥基自由基具有超高的氧化還原電位，其產(chǎn)生的超強(qiáng)氧化作用可降解水中正常條件下難以氧化分解的污染物如苯酚等，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的凈化作用。
[0036]6.傳質(zhì)效率高
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