專利名稱：一種微米氣泡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
粒徑在50微米以下的氣泡(微米氣泡)、在破滅時(shí)形成的活性氫氧基(hydroxylradical)能使化合物分解或使其失去活性，特別是對(duì)使用有機(jī)涂料時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物的分解起了重要作用。本發(fā)明旨在通過使用本裝置可輕松達(dá)到排氣和排水的公害標(biāo)準(zhǔn)、提升作業(yè)環(huán)境。
背景技術(shù)：
微米氣泡在破滅時(shí)對(duì)化合物的分解機(jī)能已逐漸被闡明，但是作為理論背景、自由氫氧基(稱作活性氫氧基)理論更具說服力(專利公開2008 - 93612號(hào)記載)。本專利申請(qǐng)人在專利申請(qǐng)2008 - 180727號(hào)中、已對(duì)微米氣泡對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物(以下稱作V0C)的分解能力進(jìn)行了驗(yàn)證。本次發(fā)明的專利申請(qǐng)是上述專利的延伸?；钚詺溲趸挠行桑圭I魚在噴涂排放的廢液中都得以保持存活狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
在反應(yīng)筒內(nèi)，噴涂氣霧流與氣泡噴霧流的接觸時(shí)間非常短暫，另外、流速和水微粒子直徑及被水微粒子包含的微米氣泡的粒徑的選定等方面進(jìn)行了反復(fù)的試驗(yàn)。雖然采用了空穴方式來產(chǎn)生微米氣泡，但是、要使空穴(空洞、即微米氣泡)的粒徑達(dá)到上述專利申請(qǐng)中圖2所述的粒徑分布(I 40 μ m)要求，需要相當(dāng)?shù)呐Σ拍苓_(dá)到。與此同時(shí)，還必須闡明微米氣泡在破滅時(shí)分解化合物的作用原理。用微米氣泡發(fā)生器(可產(chǎn)生內(nèi)含大量微米氣泡的水微粒子)，和讓水微粒子浮游的軸流風(fēng)機(jī)，使水微粒子流與噴涂氣霧混流、令VOC或有機(jī)樹脂涂料附著于這些水微粒子群、并通過微米氣泡的破滅使VOC或有機(jī)涂料失去活性。微米氣泡破滅時(shí)氫氧基離子變成活性氫氧基。生成的活性氫氧基的半衰期僅10的-9次方秒。破滅前微米氣泡的外壁表面的氫氧基離子濃度和微米氣泡近旁的VOC濃度越高效果越好。本發(fā)明的原理是，讓含有大量微米氣泡的水微粒子群浮游落下、使分散在氣流中的VOC等濃縮附著于水微粒子表面，當(dāng)微米氣泡粒徑急劇縮小時(shí)、氣泡外壁表面的氫氧基離子濃度升高、因附著產(chǎn)生的電荷移動(dòng)和壓力變動(dòng)使微米氣泡破滅，此時(shí)產(chǎn)生的活性氫氧基(hydroxyl radical)能瞬間接觸到V0C,并使其失去活性或被分解。一般來說,噴涂氣霧的有機(jī)樹脂涂料到達(dá)水溶液表面的話，會(huì)凝集、硬化，但是由于附著于水微粒子在混流中因活性氫氧基的作用而不發(fā)生反應(yīng)，所以不會(huì)因硬化生成噴涂淤渣。作為微米氣泡的產(chǎn)生方法，被熟知的方式有高速旋轉(zhuǎn)回流法、特殊文丘里管、還有空穴現(xiàn)象等方式。水管壓力也可以產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。微米氣泡發(fā)生器I的部分切割截取出來作為圖2來說明。放大文丘里管11與壓擴(kuò)部12的連接部分。高速水流在壓擴(kuò)部因突然減速而產(chǎn)生亂流、這個(gè)漩渦能量會(huì)在空穴現(xiàn)象發(fā)生的位置產(chǎn)生微米氣泡。文丘里管11的內(nèi)徑是3. 2毫米、壓擴(kuò)部位12的內(nèi)徑是5. 5毫米，錐形部位10連接水壓為O. 4Mpa、流量為30L/ml的水源。產(chǎn)生的微米氣泡的粒徑分布是，在10 19 μ m范圍是高峰值、兩側(cè)分別是30 40μπι和2 9μπι。峰值粒徑的氣泡數(shù)量為10000個(gè)/10ml。微米氣泡發(fā)生器I由出口處配置噴水器13構(gòu)成。由此、微米氣泡水流以圓錐薄膜狀噴灑出來。如果僅按上述配置，是無法得到數(shù)毫升內(nèi)含微米氣泡的水微粒子群的。在反應(yīng)筒3的上部、安裝向下噴灑氣泡噴霧流的微米氣泡產(chǎn)生器1，在其上方安裝產(chǎn)生上升氣流的軸流風(fēng)機(jī)。被吸入到吸入筒4的噴涂氣霧流經(jīng)過軸流風(fēng)機(jī)2從上方排出。以薄膜狀噴灑出來的微米氣泡水流受上升氣流扇動(dòng)、不斷回旋上升并進(jìn)一步微粒子化、生成氣泡噴霧流8。要設(shè)定上升氣流的流速，使內(nèi)含大量氣泡徑在40 μ m以下的微米氣泡的水微粒子群能以浮游狀態(tài)落下。·
將有機(jī)樹脂溶于有機(jī)溶劑，用噴涂槍6向被噴涂物噴霧。噴涂氣霧會(huì)附著于被噴涂物然后硬化。這種噴涂氣霧中含有V0C。被吸入到吸入筒4的噴涂氣霧流伴隨著上升氣流上升、在氣泡噴霧流8的區(qū)域內(nèi)被攪拌、含有VOC的噴涂氣霧的絕大部分就會(huì)附著于水微粒子群。被內(nèi)含大量微米氣泡的水微粒子捕捉到的噴涂氣霧、在水微粒子下落過程中被分解。有機(jī)樹脂涂料不發(fā)生反應(yīng)、不硬化而變成稀松的狀態(tài)，VOC失去活性。反應(yīng)筒3上部的排氣出口處測(cè)得的VOC測(cè)量值為98Vol-ppmC (以環(huán)境署第61號(hào)公告為基準(zhǔn)的測(cè)量)，就是一個(gè)佐證。另外，吸入筒4的入口處的VOC值為2300vol-ppmC。微米氣泡破滅時(shí)的這種特異分解作用稍后進(jìn)行闡述，噴涂氣霧依據(jù)庫(kù)侖定律附著于帶有電荷的水微粒子，分散在氣流中的噴涂氣霧使水微粒子表面的濃度升高。在氣泡噴霧流8內(nèi)慢慢地浮游落下的水微粒子里面的微米氣泡、其氣泡外壁表面的氫氧基離子的濃度不斷增高、其粒徑則急劇地縮小、直至破滅。噴涂氣霧附著時(shí)的電荷移動(dòng)和壓力變動(dòng)促進(jìn)了微米氣泡的破滅、或者說、水微粒子在接觸到底部水溶液受到?jīng)_擊時(shí)破滅的可能性很高。必須確認(rèn)這一點(diǎn)。用水桶把吸入筒4底部的水溶液取出，用噴涂槍6噴涂相同的噴涂氣霧的話，在水面上噴涂氣霧會(huì)凝集、噴涂淤渣浮于水面上。這種淤渣非常粘稠，沾到手上的話用水沖洗是無法脫落干凈的。另一方面，水微粒子群呈雨霧狀向吸入筒4內(nèi)的水面落下、從噴涂槍6噴上噴涂氣霧的話、水面的噴涂淤渣呈現(xiàn)出非粘稠性、用手觸碰感到沙沙的松散感覺、用水沖洗就能干凈。有機(jī)樹脂涂料附著于水微粒子的期間，因生成的活性氫氧基(hydroxyl radical)使有機(jī)樹脂涂料不發(fā)生反應(yīng)、不硬化，即使到達(dá)水面也不發(fā)生凝集、硬化。VOC也同樣就此失去活性。不發(fā)生凝集、硬化、松散的有機(jī)樹脂涂料和失去活性的V0C，與水溶液一起經(jīng)由排水管7流向回收槽5。槽內(nèi)的過濾器把沙沙松散的有機(jī)樹脂涂料過濾除去。此水溶液經(jīng)由水泵流向微米氣泡發(fā)生器I進(jìn)行循環(huán)使用。有關(guān)微米氣泡破滅時(shí)的分解作用氧原子最外層有二個(gè)電子。這兩個(gè)電子的自旋不配對(duì)(spin-unpaired)時(shí)呈基態(tài)(穩(wěn)定的三線態(tài))，當(dāng)自旋配對(duì)(spin-paired)時(shí)變?yōu)閱尉€態(tài)、表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性。超氧化物(super oxide)和活性氫氧基(hydroxyl radical)中的氧原子是單線態(tài)所以非?；钴S,反應(yīng)性高。這種活性氫氧基的半衰期為10的-9次方秒，是非常短暫的。VOC (= R — H)因活性氫氧基的作用會(huì)變成R (烷基)、變成穩(wěn)定的R-02。另一方面，水溶液中的水分子(H2O)與氫氧根離子(0H)、氫離子(H)的濃度處于熱平衡狀態(tài)。由溫度決定濃度，被稱作波耳茨曼分布。隨著溫度上升、雖然只有很少量但(OH)較(H)增加的多一些。微米氣泡的表面張力大意味著表面溫度也高。因此，微米氣泡帶負(fù)電。水呈現(xiàn)出很高的表面張力，是以水分子/氫氧根離子的電 極化與氧結(jié)合為依據(jù)的。帶有合成偶極矩的水分子、激烈旋轉(zhuǎn)、以10的-6次方秒/周的速度快速旋轉(zhuǎn)、但其與物質(zhì)接觸界面的速度則為10的-12次方秒/周。溫度很高的微米氣泡外壁表面，會(huì)彈出因與氧結(jié)合而產(chǎn)生結(jié)群的氫氧根離子群。微米氣泡外壁表面的氫氧根離子密度變高，氣泡變小。隨著微米氣泡的變小電荷密度會(huì)上升，最終破滅。此時(shí)產(chǎn)生的電磁波、沖擊波使氫氧根離子變成活性氫氧基(hydroxyl radical),附著于水微粒子的V0C、有機(jī)樹脂涂料因這種活性氫氧基的作用而失去活性。數(shù)毫米大小的雨霧以浮游狀態(tài)落下的水微粒子群，與流向相反的噴涂氣霧流相遇時(shí)，甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、丙酮、異丙醇、四氯乙烯等V0C，即有機(jī)樹脂涂料的絕大部分都會(huì)附著于水微粒子表面。在氣流中擴(kuò)散的噴涂氣霧的絕大多數(shù)都會(huì)附著到微粒子表面。微米氣泡破滅時(shí)的庫(kù)侖斥力，以電磁波、沖擊波的形式釋放出來。微米氣泡外壁表面的高密度氫氧根離子會(huì)被激活成為活性氫氧基。半衰期極短(10的-9次方)的活性氫氧基、會(huì)立即與附著在水微粒子表面的VOC發(fā)生反應(yīng)并使VOC失去活性。有機(jī)樹脂涂料變成沙沙的松散狀態(tài)的理由也是在于此道理。


圖I是凈化噴涂氣霧流的概要說明圖。圖2是微米氣泡發(fā)生器的部分切面圖。I 微米氣泡發(fā)生器2 軸流風(fēng)機(jī)3 反應(yīng)筒4 吸入筒8 氣泡噴霧流
具體實(shí)施例方式通過使微米氣泡產(chǎn)生、并噴灑內(nèi)含大量微米氣泡的水的微米氣泡發(fā)生器I、和令被噴灑的水流以水微粒子的狀態(tài)浮游的軸流風(fēng)機(jī)2，使水微粒子流與噴涂氣霧流混流、讓V0C、有機(jī)樹脂涂料附著到含有大量微米氣泡的水微粒子群、在微米氣泡發(fā)生破滅時(shí)使這些物質(zhì)失去活性的微米氣泡裝置(A)。附著了含有大量微米氣泡的水微粒子的V0C、被微米氣泡破滅時(shí)生成的活性氫氧基在氣泡破滅前與之接觸并被分解。上述微米氣泡裝置(A)采用的是微米氣泡發(fā)生器I。該發(fā)生器能產(chǎn)生由空穴現(xiàn)象而生成的粒徑峰值在10 19 μ m的微米氣泡。這種粒徑峰值的微米氣泡在水微粒子自由落下時(shí)縮小至數(shù)微米以下，其應(yīng)變能以附著VOC和有機(jī)樹脂涂料為契機(jī)，在微米氣泡破滅時(shí)得以釋放。在上述微米氣泡裝置A中、用通過溶解臭氧或作為氣泡的水流，令其產(chǎn)生微米氣泡。噴灑出來的水微粒子內(nèi)的微米氣泡外壁表面的氫氧根離子被促進(jìn)氧化，從而增加活性
氫氧基。在上述微米氣泡裝置A中、采用干凈的氣流代替噴涂氣霧流、給微米氣泡發(fā)生器I供給含細(xì)菌或被高含量有機(jī)碳(TOC)凈化的水流。在上述被凈化的水流中預(yù)先溶解臭氧。在氣泡噴霧流8內(nèi)浮游落下的水微粒子內(nèi)的T0C、在浮游落下中，因微米氣泡破滅產(chǎn)生的機(jī)能將其分解。在上述微米氣泡裝置A中、采用含有病毒或VOC的污染空氣替代噴涂氣霧流、在氣泡噴霧流8內(nèi)讓病毒或VOC附著于浮游落下的水微粒子，在浮游落下中，因微米氣泡破滅產(chǎn)生的機(jī)能使其失去活性或被分解。特別是、因?yàn)椴《編в须姾?、能在水微粒子表面?kù)侖附著并被捕捉。在上述微米氣泡裝置A中、噴水器13，也可以采用打了微細(xì)孔的噴霧器代替，軸流風(fēng)機(jī)2也可以用普通的送風(fēng)風(fēng)機(jī)替代。重要的是，讓內(nèi)含微米氣泡的水微粒子浮游落下、使 氣泡噴霧流區(qū)8能夠形成就可以了。其他理論作為微米氣泡縮小的理由、有理論說是由于氣泡內(nèi)的氣體溶解于壁面、隨著氫氧基離子的增加表面張力也增大。對(duì)此理論本人抱有疑問。下面介紹一下本人理解的假設(shè)。力的傳播就是空間彎曲的傳播。從地球上不可能看到的隱藏在太陽中的光線仍然照射到了地球，這個(gè)現(xiàn)象證明了引力透鏡的存在。由于太陽的引力周圍的空間彎曲了。這個(gè)宏觀世界的現(xiàn)象套用到微觀世界的微米氣泡(微小太陽)上一點(diǎn)也沒有不協(xié)調(diào)的感覺。微米氣泡的壁面空間是彎曲的。這種彎曲能以電磁波的方式被釋放。壁面高濃度的氫氧基離子變成活性氫氧基(hydroxyl radical)、將附著于內(nèi)含有大量微米氣泡的水微粒子上的VOC和有機(jī)樹脂涂料分解。使空間彎曲的“力”、被認(rèn)為是氫的結(jié)合力、高電荷密度產(chǎn)生的庫(kù)侖力的話還不足夠吧。最近才得知，原來地球磁場(chǎng)是由于地球內(nèi)部的外殼附近積存了大量的水(是地表的5倍)而產(chǎn)生的。大概是高溫高壓的水內(nèi)的鐵離子的緣故吧。反過來，把布滿在微米氣泡外壁表面的高密度氫氧基離子看作是靜止的話是不自然的、從處在界面的水分子以10的-12次方秒/周的速度在旋轉(zhuǎn)來看、不得不判斷它是在“回旋”著的。而且、微米氣泡也是一個(gè)迷你地球、也發(fā)生磁場(chǎng)。磁力線被彎曲時(shí)產(chǎn)生的張力叫做麥克斯韋應(yīng)力(stresses)。高速回旋的氫氧基離子流產(chǎn)生的這種張力、毫無疑問是非常大的。因這種張力導(dǎo)致的空間彎曲與電荷密度是成比例的、所以微米氣泡的曲率會(huì)逐漸變大(即氣泡徑變小)。到達(dá)(與庫(kù)侖斥力的)臨界點(diǎn)時(shí)、空間彎曲就會(huì)以電磁波的形式一次性被釋放。吸收了這種電磁波的氫氧基離子就變成活性氫氧基(hydroxyl radical)。本發(fā)明當(dāng)中所闡述的、VOC等附著于水微粒子就是以電磁波發(fā)生的時(shí)點(diǎn)為契機(jī)的。
權(quán)利要求
1.一種微米氣泡裝置，其特征是在反應(yīng)筒上方配置產(chǎn)生上升氣流的風(fēng)機(jī)，從反應(yīng)筒下方被吸入的噴涂氣霧流回旋上升，所述風(fēng)機(jī)下方配置向下噴灑薄膜狀水霧的噴嘴，被上升氣流煽動(dòng)的浮游水微粒子群將噴涂氣霧和揮發(fā)性有機(jī)化合物吸收。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微米氣泡裝置，其特征是所述水微粒子為采用溶解了臭氧的水流而產(chǎn)生含有大量臭氧的微米氣泡的水微粒子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滿足防止大氣污染及排水基準(zhǔn)的微米氣泡裝置。由該裝置用微米氣泡發(fā)生器產(chǎn)生微米氣泡，結(jié)合讓水微粒子浮游的軸流風(fēng)機(jī)使水微粒子流與噴涂氣霧混流、令VOC或有機(jī)樹脂涂料附著于這些水微粒子群、并通過微米氣泡的破滅使VOC或有機(jī)涂料失去活性或?qū)⑵浞纸?。該微米氣泡裝置，能產(chǎn)生由空穴現(xiàn)象生成的粒徑峰值在10～19μm的微米氣泡，在氣泡噴霧流內(nèi)浮游落下的水微粒子內(nèi)使微米氣泡破滅、從而阻止有機(jī)樹脂涂料的凝集硬化發(fā)生。通過微米氣泡破滅時(shí)產(chǎn)生的彎曲能的釋放，使得這些物質(zhì)無害化。采用該微米氣泡發(fā)生器能生成氣泡徑分布高峰值在10～30μm的范圍內(nèi)的微米氣泡、對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行確實(shí)有效的氧化處理。
文檔編號(hào)B01F3/04GK102908886SQ20121046692
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者山口文男 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山口工業(yè)