包含納米氣泡的液體溶液的制作方法
【專利說(shuō)明】包含納米氣泡的液體溶液
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年10月3日提交的第61/886318號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，將其 內(nèi)容在此通過(guò)引用并入本發(fā)明。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及具有納米氣泡的液體溶液W及制備包含納米氣泡的液體溶液的系統(tǒng) 和方法。
[0004] 發(fā)明背景
[0005] 近年來(lái)，含有微細(xì)氣泡(毫米、微米和納米尺寸的氣泡）的氣液混合物流體被用于 各種行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域。
[0006] 目前市場(chǎng)上的微米-納米氣泡發(fā)生器需要空氣或氣體來(lái)產(chǎn)生微細(xì)氣泡，并且不能 有效地使氣泡的尺寸降低至納米粒徑。
[0007] 許多發(fā)生器只能通過(guò)微米氣泡產(chǎn)生納米氣泡，并且利用具有單一的剪切點(diǎn)的滿流 室、注射器或文丘里管來(lái)減小氣泡的尺寸。其他系統(tǒng)利用加壓溶解或電解產(chǎn)生納米氣泡。所 有運(yùn)些系統(tǒng)都不能夠形成使流體具有順磁性所需的吸熱反應(yīng)。
[000引例如，第8317165號(hào)美國(guó)專利描述了包含納米氣泡的液體的生產(chǎn)設(shè)備。然而，在該 美國(guó)專利中記載的設(shè)備只能從微米氣泡基液制備納米氣泡，并且需要利用外部氣體/空氣 W產(chǎn)生更豐富的納米氣泡。
[0009] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的制備含有納米氣泡的液體 溶液的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的目的是提供制備包含納米氣泡的液體溶液的系統(tǒng)和方法，所 述系統(tǒng)和方法不需要例如空氣或氣體制備納米氣泡，或不需要微米氣泡基液。
[0010] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的其他目的將由W下的發(fā)明概述、發(fā)明討論、其實(shí)施方案和實(shí)施 例等實(shí)現(xiàn)。
[0011] 發(fā)明概述
[0012] 本發(fā)明提供了含有納米氣泡的溶液，W及納米氣泡發(fā)生器和能夠生成所述溶液的 系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法和制備包含納米氣泡的液體溶液的系統(tǒng)和方法不需要外 部的空氣或氣體來(lái)制備納米氣泡或產(chǎn)生更豐富的氣泡，也不需要納米氣泡或微米氣泡基 液。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器包括具有一系列的至少兩個(gè)連續(xù)的 空化區(qū)和剪切平面的腔室。源液體溶液包括極性液體溶液、非極性液體溶液或其組合。處理 的液體溶液然后被分配用于使用和/或消耗。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施方案中，納米氣泡發(fā)生器包括殼體，所述殼體具有接收源液體溶液的 流入部分，釋放包含納米氣泡的液體溶液的流出部分，W及用于處理源液體溶液的處理部 分，所述處理部分具有至少兩個(gè)連續(xù)的剪切平面，所述的剪切平面被空化空間、空化腔室或 空化區(qū)分隔。
[0015] 在納米氣泡發(fā)生器的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述處理部分包括至少兩個(gè)安裝在貫穿 所述殼體軸向延伸的軸上的盤(pán)狀元件，所述盤(pán)狀元件被空間隔開(kāi)。
[0016] 在本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器的另一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)剪切平面的寬度大約是每 個(gè)空化空間的寬度的一半。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)盤(pán)狀元件的寬度大約是兩個(gè) 連續(xù)的剪切平面之間距離的一半或更少。
[0017] 在本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器的另一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)盤(pán)狀元件包括朝向流入部 分的第一壁，朝向流出部分的第二壁，和在第一壁和第二壁之間延伸的外周壁，其中所述外 周壁包括凹口或凹槽。
[0018] 在本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器的另一個(gè)實(shí)施方案中，盤(pán)狀元件沿軸安裝，其凹口沿 圓周相對(duì)于彼此交錯(cuò)。
[0019] 在本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器的另一個(gè)實(shí)施方案中，氣泡發(fā)生器包括2至30個(gè)盤(pán)狀 元件。
[0020] 在本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器的另一個(gè)實(shí)施方案中，盤(pán)狀元件是由金屬或金屬的組 合制成的。在一個(gè)實(shí)施方案中，盤(pán)狀元件是由不誘鋼制成的。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明設(shè)及一種包含納米氣泡的液體溶液的發(fā)生系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)具有液體溶液源和前述實(shí)施方案中任一個(gè)的納米氣泡發(fā)生器，所述納米氣泡發(fā)生器的 源溶液流入部分操作性地連接到液體溶液源。
[0022] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明設(shè)及包含納米氣泡的液體溶液的制備方法。在一個(gè) 實(shí)施方案中，該方法包括使源液體溶液通過(guò)本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器，從而制備所述包含 納米氣泡的液體溶液。
[0023] 在本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的制備方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，源液體包 括液體和氣體的混合物。
[0024] 源液體溶液通過(guò)納米氣泡發(fā)生器而經(jīng)處理，W在源液體溶液中產(chǎn)生納米氣泡。納 米氣泡優(yōu)選W相對(duì)高的濃度存在于經(jīng)處理的溶液中，并且是小的，優(yōu)選在納米尺寸范圍內(nèi)， 優(yōu)選為約10至約2000納米，更優(yōu)選為約IOnm至約150nm。
[0025] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，液體溶液任選在納米氣泡發(fā)生器之前或之后通過(guò)至 少一個(gè)過(guò)濾系統(tǒng)，借W將細(xì)菌、病毒、囊抱等基本上從經(jīng)處理的溶液除去。任何現(xiàn)有技術(shù)中 已知的過(guò)濾系統(tǒng)都可W被使用和納入本發(fā)明的系統(tǒng)。過(guò)濾系統(tǒng)可W包括但不限于粒子過(guò)濾 器、木炭過(guò)濾器、反滲透過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器、陶瓷碳過(guò)濾器、蒸饋過(guò)濾器、離子化過(guò)濾器、 離子交換過(guò)濾器、紫外線過(guò)濾器、反沖洗過(guò)濾器、磁性過(guò)濾器、能量過(guò)濾器、滿流過(guò)濾器、化 學(xué)氧化過(guò)濾器、化學(xué)添加劑過(guò)濾器、Pi水過(guò)濾器，樹(shù)脂過(guò)濾器、盤(pán)式膜過(guò)濾器、微孔濾膜過(guò)濾 器、硝酸纖維素膜過(guò)濾器、網(wǎng)式過(guò)濾器、篩網(wǎng)過(guò)濾器或微孔過(guò)濾器，W及它們的組合。鑒于納 米氣泡具有相對(duì)長(zhǎng)的壽命，可W將本發(fā)明的包含納米氣泡的溶液存儲(chǔ)和分配用于使用和消 耗。
[0026] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，任選使經(jīng)處理的源液體通過(guò)礦物過(guò)濾系統(tǒng)，借W 將其中的礦物質(zhì)，如鐵、硫、儘等，基本上從經(jīng)處理的源液體去除。
[0027] 液體溶液的過(guò)濾(多次過(guò)濾)可在任何時(shí)間或步驟完成。例如，可W對(duì)源液體溶液， 或包含納米氣泡的液體溶液進(jìn)行過(guò)濾。
[00%]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，源液體由第一納米氣泡發(fā)生器處理。經(jīng)處理的液 體任選地通過(guò)任選的礦物過(guò)濾系統(tǒng)和任選的至少一種病原體過(guò)濾系統(tǒng)。包含納米氣泡的溶 液可W被分配儲(chǔ)存在儲(chǔ)存容器，如儲(chǔ)液器中，或者被再處理。在包含納米氣泡的溶液分配之 前，處理的溶液任選地通過(guò)另外的一個(gè)或多個(gè)納米氣泡發(fā)生器，借W產(chǎn)生另外的納米氣泡。 經(jīng)兩次、=次等納米氣泡發(fā)生器處理的溶液然后被分配用于使用和消耗。
[0029] 經(jīng)本發(fā)明的系統(tǒng)處理并任選地過(guò)濾的源液體溶液基本上有效地破壞或減少了細(xì) 胞、病原體、病毒、細(xì)菌、真菌、抱子和霉菌的生長(zhǎng)，W及提高了源液體的整體質(zhì)量。納米氣泡 發(fā)生器可與各種液體系統(tǒng)整合，用于處理多種類型的源液體。運(yùn)些液體系統(tǒng)可W包括水加 熱器、水冷卻器、飲用水系統(tǒng)、水衛(wèi)生系統(tǒng)、軟水器、離子交換器等。引入納米氣泡發(fā)生器的 液體系統(tǒng)可用于普通家庭，W及科學(xué)、食品加工、石油、溶劑和醫(yī)藥行業(yè)。
[0030] 因此，在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種提高材料質(zhì)量的方法。在一個(gè)實(shí)施 方案中，該方法包括：（a)使源液體溶液通過(guò)本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器，從而產(chǎn)生包含納米 氣泡的液體溶液;和(b)使材料與包含納米氣泡的溶液接觸。
[0031] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明設(shè)及去除表面上的生物膜或防止表面上的生物膜形 成的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括：（a)使得源液體溶液通過(guò)本發(fā)明的納米氣泡發(fā) 生器，從而產(chǎn)生包含納米氣泡的液體溶液;和(b)使得該表面與包含納米氣泡的溶液接觸。
[0032] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種降低禽類糞便中氨含量的方法。在一個(gè)實(shí)施 方案中，運(yùn)種方法包括將包含納米氣泡的液體溶液提供給禽類。
[0033] 在降低禽類糞便的氨含量的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，該液體溶液是通過(guò)使源液體 溶液通過(guò)本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器，從而產(chǎn)生包含納米氣泡的液體溶液而獲得的。
[0034] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明設(shè)及一種從材料去除重金屬的方法。在一個(gè)實(shí)施方 案中，該方法包括：（a)使得源液體溶液通過(guò)本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器，從而產(chǎn)生包含納米 氣泡的液體溶液;和(b)使該材料與包含納米氣泡的液體溶液接觸。
[0035] 本發(fā)明的包含納米氣泡的溶液所包含的氣泡的平均納米粒徑在約10至2000納米 之間。不同于現(xiàn)有技術(shù)的包含微細(xì)氣泡的液體，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液穩(wěn)定并 且具有順磁特性。本發(fā)明的包含納米氣泡的溶液包括比用于生成本發(fā)明的包含納米氣泡的 溶液的源液體相對(duì)更高的氧化還原電位(ORP)。本發(fā)明的包含納米氣泡的溶液是穩(wěn)定的，可 W在溶液中存在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
[0036] 因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了包含納米氣泡的液體溶液，在液體溶液中 的納米氣泡具有10至2000納米的粒徑。在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明的包含納米氣泡的液 體溶液的納米氣泡是穩(wěn)定的。在本發(fā)明的另一方面，包含納米氣泡的液體溶液是順磁性的。 在包含納米氣泡的液體溶液的另一個(gè)方面，包含納米氣泡的液體溶液具有比用于生成包含 納米氣泡的溶液的源液體溶液的ORP相對(duì)更高的0RP。在水的情況下，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 方案中，用本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器處理的水具有約650mV或更高的0RP。
[0037] 在本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述的液體溶液選自 非極性液體溶液、極性液體溶液或其組合。
[0038] 在本發(fā)明的包含納米氣泡的溶液方面，該溶液的液體選自：水（自來(lái)水、城市用水、 井水、廢水等）、溶劑、燃料、食用油、非食用油和醇。
[0039] 在本發(fā)明的包含納米氣泡的溶液的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述溶液包括液體和氣體 的混合物。在本發(fā)明的包含納米氣泡的溶液的方面，混合物的氣體組分選自：氮、氧、二氧化 碳、臭氧、乙醇、甲醇和氨。
[0040]在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10 至約2000納米。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的大 小為約l〇-l〇(K)nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的 尺寸為約10-900nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡 的尺寸為約10-850nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣 泡的尺寸為約10-800nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米 氣泡的尺寸為約10-750nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納 米氣泡的尺寸為約10-700nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的 納米氣泡的尺寸為約10-650nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液 的納米氣泡的尺寸為約10-600nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶 液的納米氣泡的尺寸為約l〇-550nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體 溶液的納米氣泡的尺寸為約10-500nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液 體溶液的納米氣泡的尺寸為約l〇-450nm;約10-400nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含 納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10-350nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包 含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10-300nm;約10-250nm。在另一個(gè)實(shí)施方案 中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10-200納米。在另一個(gè)實(shí)施 方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10-150nm。在另一個(gè)實(shí) 施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約lO-lOOnm。在另一個(gè) 實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10~90nm或約10~ 80nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10-70nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10-60nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10-50nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10-40nm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的尺寸為約10-30nm;和約 10-20nm。
[0041 ]在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液包括約1.13E8個(gè)納米氣 泡/毫升至約5.14E8個(gè)納米氣泡/毫升。
[0042] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的平均粒徑 為約70nm-lWnm。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的 模式粒徑(mode particle size)為約45nm-85nm。
[0043] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的平均尺寸在 約IOOnmW下。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的平均 尺寸在約75nmW下。
[0044] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納米氣泡的模式尺寸 (mode size)在約60nmW下。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的包含納米氣泡的液體溶液的納 米氣泡的平均尺寸在約50nmW下。
[0045] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，用于W上可適用的實(shí)施方案中的任一個(gè)的納米氣泡 發(fā)生器、系統(tǒng)和方法的源液體溶液不含氣體。
[0046] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，用于W上可適用的實(shí)施方案中的任一個(gè)的納米氣泡 發(fā)生器、系統(tǒng)和方法的源液體溶液不使用外部氣體。
[0047]在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，用于W上可適用的實(shí)施方案中的任一個(gè)的納米氣泡 發(fā)生器、系統(tǒng)和方法的源液體溶液不含微米或納米氣泡。
[004引附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0049] W下附圖示出了本發(fā)明的各方面、優(yōu)選的和供選擇的實(shí)施方案。
[0050] 圖1.現(xiàn)有技術(shù)的凈水器裝置的側(cè)視圖。
[0051] 圖2.該圖示出圖1所示裝置的盤(pán)。
[0052] 圖3.根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的納米氣泡發(fā)生器的透視圖。
[0053] 圖4.圖3的納米氣泡發(fā)生器的完整外部視圖（A)、透明視圖（B)和縱向橫截面視圖 (C)。
[0054] 圖5.該圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的納米氣泡發(fā)生器的處理部分的側(cè)視圖。