纳米气泡有机废气处理方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种纳米气泡有机废气处理方法及系统。所述纳米气泡有机废气处理系统，包括水池，所述水池中的水添加有具有稳定气泡功能的纳米固体粒子。本发明专利技术所述纳米气泡有机废气处理系统，成本低廉，使用周期长，利用纳米气泡的特性，打碎有机污染物聚合分子基团，通过产生自由基离子快速氧化分解和降解有机废气，衍生的废料处理简单，无二度污染，适用于多种有机物，如乙酸乙酯、甲苯类、三甲胺、甲硫醚等废气的处理。

Nano bubble organic waste gas treatment method and system

The invention provides a nano bubble organic waste gas treatment method and system. The nano-bubble organic waste gas treatment system comprises a pool in which water is added with nano-solid particles having the function of stabilizing bubbles. The nano-bubble organic waste gas treatment system has the advantages of low cost, long service period, breaking up the polymeric molecular groups of organic pollutants by utilizing the characteristics of nano-bubbles, rapid oxidation decomposition and degradation of organic waste gas by producing free radical ions, simple waste treatment and no secondary pollution, and is suitable for various organic pollutants. Treatment of waste gases such as ethyl acetate, toluene, trimethylamine and methylene sulfide.

【技术实现步骤摘要】
纳米气泡有机废气处理方法及系统
本专利技术属于废气处理
，具体涉及一种纳米气泡有机废气处理方法及系统。
技术介绍
早在19世纪，研究者们就已经利用流体力学和物理学开始了对毫米级气泡在液体中生成、上升过程的研究。上世纪50年代，在化工领域开始了对气泡和液滴的研究。两相流(气液、液液)特别是气液分散相的基础现象的研究成果，极大的促进了化工机械的大规模应用，气泡的微细化是化学工业中促进物质移动，增进化学反应速度的关键技术，但当时尚未出现能够应用于化工领域的微纳米气泡发生技术和手段。微纳米气泡发生技术是20世纪90年代后期产生的，其制造方法包括旋回剪切、加压溶解、电化学、微孔加压、混合射流等方式，均可在一定条件下产生微纳米级的气泡。通常我们把气体在液体中的存在现象称作气泡。气泡的形成现象，在自然界中的许多过程中都能遇到，当气体在液体中受到剪切力的作用时就会形成大小、形状各不相同的气泡。目前，对气泡的分类与定义并不是十分严格，按照从小到大的顺序可分为厘米气泡(CMB)、毫米气泡(MMB)、微米气泡(MB)、微纳米气泡(MNB)、纳米气泡(NB)。所谓的微米气泡，是指气泡发生时直径在10微米左右到数百纳米之间的气泡，这种气泡是介于微米气泡和纳米气泡之间，具有常规气泡所不具备的物理与化学特征。微纳米气泡的产生具有以下方法：(1)超声空化：液体中的微小气泡核在超声波作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，这种膨胀、闭合、振荡等一系列动力学过程称超声波空化作用。存在于液体中的微气泡(空化核)在超声场的作用下振动、生长开兀断聚集声场能量，当能量到达某个阀值时，微气泡将急剧崩溃闭合。(2)水力空化：在液体经过的管道某处人为制造低压强、高流速的状态，当液体压小于饱和蒸汽压时，液体中的气泡就会兀断膨胀，体积变大。而随着流体运动，气泡到达高压强、低流速区域之后，气泡就会塌缩、爆裂。(3)声致发光：巨大超声波能量产生微气泡时，微气泡内部的温度可以超过10万摄氏度，过程中会发出瞬间闪光的现象，称为声致发光。纳米微气泡具有空化效应。其中，△p代表压力上升的数值，σ代表表面张力，r代表气泡半径。直径在0.1mm以上的气泡所受压力很小可以忽略，而直径10μm的微小气泡会受到0.3个大气压的压力，而直径1μm的气泡会受高达3个大气压的压力。微纳米气泡约在0.1μs的时间里急剧崩溃，将释放出巨大的能量，产生速度约为110m/s、有强大冲击力的微射流，使碰撞密度高达1.5kg/cm2.现象气泡在急剧崩溃的瞬间产生局部高温高压(5000K,1800atm),冷却速度可达109K\s—诚、称之为：空化效应。微纳米气泡具有以下特征：1比表面积大气泡的体积和表面积的关系可以通过公式表示，气泡的体积公式为V＝4π/3r3,气泡的表面积公式为A＝4πr2,两公式合并可得A＝3V/r,即VΩ＝n*A＝3VΩ/r.也就是说，在总体积不变(V不变)的情况下，气泡总的表面积与单个气泡的直径成反比。根据公式，10微米的气泡与1毫米的气泡相比较，在一定体积下前者的比表面积理论上是后者的100倍。空气和水的接触面积就增加了100倍，各种反应速度也增加了100倍。2上升速度慢根据斯托克斯定律，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比。气泡直径越小则气泡的上升速度越慢。从气泡上升速度与气泡直径的关系图可知，气泡直径1mm的气泡在水中上升的速度为6m/min，而直径10μm的气泡在水中的上升速度为3mm/min，后者是前者的1/2000.如果考虑到比表面积的增加，微纳米气泡的溶解能力比一般空气增加20万倍。3自身增压溶解水中的气泡四周存有气液界面，而气液界面的存在使得气泡会受到水的表面张力作用。对于具有球形界面的气泡，表面张力能压缩气泡内的气体，从而使更多的气泡内的气体溶解到水中。微纳米气泡在水中的溶解是一个气泡逐渐缩小的过程，压力的上升会增加气体的溶解速度，伴随着比表面积的增加，气泡缩小的速度会变的越来越快，从而最终溶解到水中，理论上气泡即将消失时的所受压力为无限大。4表面带电纯水溶液是由水分子以及少量电离生成的H和OH组成，气泡在水中形成的气液界面具有容易接受H和OH的特点，而且通常阳离子比阴离子更容易离开气液界面，而使界面常带有负电荷。已经带上电荷的表面一般倾向于吸附介质中的反离子，特别是高价的反离子，从而形成稳定的双层电。微气泡的表面电荷产生的电势差常利用ζ电位来表征，ζ电位是决定气泡界面吸附性能的重要因素。当微纳米气泡在水中收缩时，电荷离子在非常狭小的气泡界面上得到了快速浓缩富集，表现为ζ电位的显著增加，到气泡破裂前在界面处可形成非常高的ζ电位值。5产生大量自由基微气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上聚集的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来，此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超高的氧化还原电位，其产生的超强氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物如苯酚等，实现对水质的净化作用。6传质效率高气液传质是许多化学和生化工艺的限速步骤。研究表明，气液传质速率和效率与气泡直径成反比，微气泡直径极小，在传质过程中比传统气泡具有明显优势。当气泡直径小时，微气泡界面处的表面张力对气泡特性的影响表现得较为显著。这时表面张力对内部气体产生了压缩作用，使得微气泡在上升过程中不断收缩并表现出自身增压效应。微气泡在其体积収缩过程中，由于比表面积及内部气压不断增大，使得更多的气体穿过气泡界面溶解到水中，且随着气泡直径的减小表面张力的作用效果也越来越明显，最终内部压力到达一定极限值而导致气泡界面破裂消失。因此，微气泡在收缩过程中的这种自身增压特性，可使气液界面处传质效率得到持续增强，并且这种特性使得微气泡即使在水体中气体含量达到过饱和条件时，仍可继续进行气体的传质过程并保持高效的传质效率。7气体溶解率高微纳米气泡具有上升速度慢、自身增压溶解的特点，使得微纳米气泡在缓慢的上升过程中逐步缩小成纳米级，最后消减湮灭融入水中，从而能够大大提高气体(空气、氧气、臭氧、二氧化碳等)在水中的溶解度。对于普通气泡，气体的溶解度往往受环境压力的影响和限制存在饱和溶解度。在标准环境下，气体的溶解度很难达到饱和溶解度以上。而纳米微气泡由于其内部的压力高于环境压力，使得以大气压为假定条件计算的气体过饱和溶解条件得以打破。优势对比：处理效果：注：NMP是指N-甲基吡咯烷酮；在工业中回收是靠溶剂或真空减压法回收的。微纳米气泡的应用包括：有机废气(VOCs)处理、污水处理、水产养殖、无土栽培、果蔬清洗、洗浴保健、生态修复等；目前微纳米气泡处理有机废气(VOCs)主要应用在：1、印制电路板厂烤炉、隧道炉有机废气；2、漆厂、油漆厂、印染厂、制药厂、家具厂；3、化工行业废气：树脂，PVC塑胶厂等；4、喷漆行业废气：家具、铝型材、汽车喷涂、家电喷涂等；5、低(高)VOCs、高浓度臭气：木纹纸厂、食品厂等。此基于超氧微纳米气泡技术的有机废气处理系统可以实现90％以上的有机废气(VOCs)处理效率，也可以更高。能达到国家、地方及行业规定的有机废气排放标准。真正实现：1、高效率：90％以上的处理效率，也可以更高，达标排放。2、低能耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米气泡有机废气处理系统，其特征在于，包括水池，所述水池中的水添加有具有稳定气泡功能的纳米固体粒子，纳米固体粒子与水的质量比是1：(10～50)。

【技术特征摘要】
1.一种纳米气泡有机废气处理系统，其特征在于，包括水池，所述水池中的水添加有具有稳定气泡功能的纳米固体粒子，纳米固体粒子与水的质量比是1：(10～50)。2.根据权利要求1所述的纳米气泡有机废气处理系统，其特征在于，还包括进风管道、抽风机、连接管及出风管道，有机废气经过进风管道进入抽风机，再由抽风机排出到连接管中进入水池水面上方，有机废气与水池水面接触后经由出风管道排放到外部大气，在出风管道上面设置有空气质量检测口；在连接管和/或出风管道前方设置用于喷洒含有纳米气泡水滴的喷淋头，喷淋头喷出的水滴吸附有机废气中的污染物后落入水池中，水池中的水进入过滤装置中除去水中大颗粒固体物后进入气液混合泵输入端；喷淋头的另一端设置喷淋管道，气液混合泵的输出端与喷淋管道连接，在喷淋管道上设置调节阀以调节流量，水经过喷淋管道的出口进入所述喷淋头；所述水池底部设置纳米气泡发生装置。3.根据权利要求2所述的纳米气泡有机废气处理系统，其特征在于，所述纳米气泡的气体载体为空气、氧气或者臭氧中的一种或多种，气体载体通过气液混合泵输入。4.根据权利要求2所述的纳米气泡有机废气处理系统，其特征在于，所述纳米气泡的粒径为200～500nm。5.根据权利要求1所述的纳米气泡有机废气处理系统，其特征在于，所述纳米固体粒子为二氧化硅或者改性二氧化硅、二氧化锆、氧化铝、四氧化三铁、磷酸钙中的一种或几种的混合物。6.根据权利要求5所述的纳米气泡有机废气处理系统，其特征在于，所述二氧化硅的制备方法为：将5～7g蒸馏水、112～116mL环己烷、20～25mL正己醇、28～30mL壬基酚聚氧乙烯醚加入到反应容器中，于20～25℃以190～230转/分钟搅拌30～40分钟；然后加入9.8～10g正硅酸乙酯，继续以190～230转/分钟搅拌5～6小时；随后加入1.4～1.7mL质量分数为25％的氨水，以190～230转/分钟搅拌16～20小时后，加入15～18mL无水乙醇，以190～230转/分钟搅拌5～10分钟，收集反应液；将反应液以2000～4000转/分钟离心10～20分钟，收集底部沉淀；将底部沉淀用底部沉淀重量50～70倍的无水乙醇洗涤后，于40～50℃、真空度0.06～0.08MPa的条件下干燥5～12小时，得到所述二氧化硅。7.根据权利要求5所述的纳米气泡有机废气处理系统，其特征在于，所述改性二氧化硅的制备过程为：将5～7g蒸馏水、112～116mL环己烷、20～25mL正己醇、28～30mL壬基酚聚氧乙烯醚加入到反应容器中，于20～25℃以190～230转/分钟搅拌30～40分钟；然后加入9.8～10g正硅酸乙酯，继续以190～230转/分钟搅拌5～6小时；随后加入1.4～1.7mL质量分数为25％的氨水，以190～230转/分钟搅拌16～20小时后，加入15～18mL无水乙醇，以190～230转/分钟搅拌5～10分钟，收集反应液；将反应液以2000～4000转/分钟离心10～20分钟，收集底部沉淀；将底部沉淀用底部沉淀重量50～70倍的无水乙醇洗涤后，于40～50℃、真空度0.06～0.08MPa的条件下干燥5～12小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：季明堂，
申请(专利权)人：鑫蓝环保科技昆山有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32