一种纳米气泡同位素分离方法及分离装置和级联制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种纳米气泡同位素分离方法及分离装置和级联，该方法首先制得含纳米气泡的液体，然后纳米气泡在上升的过程中与液体发生接触，当纳米气泡上升至一定高度后，即可获得较重的同位素浓缩产品，而较轻的同位素浓缩产品在分离圆筒的液相中，从而实现了同位素分离。本发明专利技术的分离装置包括纳米气泡发生器、圆筒分离器和供取料装置，级联是多个分离装置的串并联组合。本发明专利技术可应用于各种元素的同位素分离，特别适用于轻同位素的分离，尤其是锂同位素分离。本发明专利技术还具有投资少、能耗低、原料廉价、快速达产、规模灵活和无污染等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米气泡同位素分离方法及分离装置和级联
本专利技术涉及同位素分离技术、纳米技术及胶体和界面技术，具体涉及一种用纳米气泡分离同位素的方法及分离装置，以及多个分离装置组成的级联。
技术介绍
国内外现有的同位素分离方法非常之多，分离铀同位素的方法有离心法、激光法、电磁法等，分离轻同位素(如碳、锂、氢等)有各种物理-化学法，如蒸馏法(含低温精馏)、电解法和气-液、液-液同位素化学交换法(如锂汞齐法、H2S-H2O双温度交换法)等。此外还有许多处于研究开发阶段的各种分离方法。根据同位素分离的原理，可分为直接利用同位素质量差的离心法、电磁法和利用同位素质量差引起原子、分子能级差的激光法、化学交换法等。纳米气泡同位素分离方法是基于同位素分子的能级差，利用纳米气泡(它实际上是存在于液体中的固态纳米颗粒)的量子特性和其它物化特性将具有微小能级差的同位素分子分开，使某一种同位素浓缩于纳米气泡，其它同位素浓缩于液体中。基于纳米气泡的量子特性在纳米气泡与液体的界面上不仅有化学交换，还有原子、分子、离子以及自由基的交换，由于同位素粒子间的碰撞交换是共振交换，原则上经一次界面的碰撞或接触即可发生同位素交换，所以分离过程十分迅速。并且由于纳米气泡有很大的比表面，增加了气-液的接触，将会加速这一过程。在国内外文选和专利中至今未见纳米气泡同位素分离方法的有关任何报告和报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米气泡同位素分离方法及分离装置和级联，该方法基于纳米气泡的量子特性以及胶体和界面科学中气-液界面的表面能发生变化的原理，可实现各种元素的同位素分离。本专利技术方法具有设备简单、工艺简易、平衡时间短、原料廉价、低能耗、无污染等明显的优点。实现本专利技术目的的技术方案：一种纳米气泡同位素分离方法，该方法包括如下步骤：第一步：制造纳米气泡将气体与液体混合，通过纳米气泡发生器制得含纳米气泡的液体；所制得的纳米气泡粒径尺寸在50-500nm范围内，其中小于200nm的纳米气泡占70％以上；纳米气泡的密度在108个气泡/毫升以上；纳米气泡寿命很长；第二步：分离同位素将第一步制得的含纳米气泡的液体泵入分离圆筒中，其中待分离的同位素物质既可在液体中也可在纳米气泡中；纳米气泡随液体在圆筒中上升，并逐渐充满圆筒，形成白色气泡的絮状液柱；纳米气泡在分离圆筒内上升的过程中与液体发生接触，由于纳米气泡具有量子特性，接触过程中发生化学反应和同位素交换，较重的同位素随纳米气泡一同上升，当纳米气泡上升至一定高度后，即可获得较重的同位素浓缩产品，而较轻的同位素浓缩产品在分离圆筒的液相中，从而实现了同位素分离。如上所述的一种纳米气泡同位素分离方法，其所述的含纳米气泡的液体，其中纳米气泡为空气泡、CO2气泡、H2气泡、NH3气泡、SF6气泡或UF6气泡，液体为水或水溶液；该纳米气泡和/或液体中含有待分离的同位素物质。如上所述的一种纳米气泡同位素分离方法，其所述的待分离的同位素为碳同位素、氢同位素、氧同位素或锂同位素中的一种或几种。如上所述的一种纳米气泡同位素分离方法，其所述的含纳米气泡的液体为水、含CO2气体的水溶液、或者Li2SO4溶液。如上所述的一种纳米气泡同位素分离方法，其所述的通过纳米气泡发生器制得含纳米气泡的液体，具体是首先击碎、分散气泡，制造尺寸为0.1-100微米的气泡，再采用压力溶气法配合进一步得到50-500nm的气泡。本专利技术所述的一种纳米气泡同位素分离装置，该装置为一个纳米气泡分离器单元，该纳米气泡分离器单元包括纳米气泡发生器、圆筒型的纳米气泡分离器和供取料系统三部分；其中，纳米气泡发生器与纳米气泡分离器连接，它将气体与液体混合制造含纳米气泡的液体，并将制得的含纳米气泡的液体通过纳米气泡分离器的圆筒中部开有的供料口进入纳米气泡分离器的圆筒内；所述的含纳米气泡的液体，其纳米气泡尺寸在50-500纳米范围内，其纳米气泡和/或液体中含有待分离的同位素物质；纳米气泡分离器还与供取料系统连接，即纳米气泡分离器的圆筒的顶部和底部分别开有精料取料口和贫料取料口；纳米气泡分离器接收含纳米气泡的液体，实现同位素的分离；供取料系统分别连接精料取料口和贫料取料口，可直接收取所需要的同位素浓缩产品。如上所述的一种纳米气泡同位素分离装置，其所述的纳米气泡发生器含两相流机械泵和压力容器罐，气体供给源和液体供给源(3)分别连接纳米气泡发生器输入端口，当气体和液体被吸入两相流机械泵，由两相流机械泵所带快速旋转刀片将气泡击散成微米气泡,微米气泡再进入压力容器罐通过压力溶气法将微米气泡进一步变成纳米气泡，然后含纳米气泡的液体由两相流机械泵压入纳米气泡分离器的圆筒中部；所述的纳米气泡分离器主体为圆筒，所述的供取料系统包括精料取出单元和贫料收集单元；上述圆筒的上方连通精料取出单元，圆筒的下部连通贫料收集单元，在圆筒的上部取出精料产品，即较重的同位素浓缩产品，在圆筒的下部取出贫料，即较轻的同位素浓缩产品；所述的纳米气泡分离器的圆筒顶部还连接气体捕集器，底部通过管路连通纳米气泡发生器，圆筒内部分气体进入气体捕集器，部分液体回流回纳米气泡发生器。本专利技术所述的一种纳米气泡同位素分离级联，其采用上述多个纳米气泡分离单元通过串连或并连方式构成级联，进而获得更高丰度的同位素浓缩产品。如上所述的一种纳米气泡同位素分离级联，其特征在于：所述的多个纳米气泡分离单元通过串连或并连方式构成级联，其是由本级的纳米气泡分离器圆筒上部取出的精料输入前一级的纳米气泡发生器内作为供料，本级纳米气泡分离器圆筒下部取出的贫料返回后一级纳米气泡发生器内作为该级的供料，而前一级的贫料和后一级的精料作为本级的供料，一起输入本级的纳米气泡发生器内，以此类推构成级联。本专利技术的效果在于：(1)本专利技术纳米气泡同位素分离方法，其生产的纳米气泡直径范围50-500nm，其中小于200nm占70％以上，气泡寿命较长。本专利技术基于纳米气泡的量子特性以及胶体和界面科学中气-液界面的表面能发生变化的原理，可实现各种元素的同位素分离。(2)本专利技术纳米气泡同位素分离方法与现有技术相比具有明显的优点：现有的锂汞齐法的汞污染是十分严重，CO低温精馏能耗极大，其它同位素分离方法也有类似能耗较大、有机溶剂污染严重的缺点。而本专利技术能够克服现有技术缺点，以轻同位素分离为例，本专利技术纳米气泡同位素分离方法具有设备简单、体积小；工艺简易，可在常温、常压下运行；原料廉价易得(如对C分离仅需CO2和水，对Li分离仅需CO2和Li2SO3)；平衡时间短(达产时间快)；能耗低以及不产生废水和其它固体废物，对环境无污染等优点。特别是替代锂汞齐法，可以彻底改变汞污染的问题。总之，本专利技术投资少、能耗小、成本低、无污染。(3)本专利技术方法既可用于分离碳、氢、氧、氮、锂、硼等轻同位素，也可应用于其它重同位素分离。更广泛而言，对气-液化学反应体系，由于纳米气泡具有很强化学活性和大的比表面，可以促进化学反应，加快反应速度，提高生产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米气泡同位素分离方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/n第一步：制造纳米气泡/n将气体与液体混合，通过纳米气泡发生器制得含纳米气泡的液体；/n所制得的纳米气泡粒径尺寸在50-500nm范围内，其中小于200nm的纳米气泡占70％以上；纳米气泡的密度在10

【技术特征摘要】
1.一种纳米气泡同位素分离方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
第一步：制造纳米气泡
将气体与液体混合，通过纳米气泡发生器制得含纳米气泡的液体；
所制得的纳米气泡粒径尺寸在50-500nm范围内，其中小于200nm的纳米气泡占70％以上；纳米气泡的密度在108个气泡/毫升以上；
第二步：分离同位素
将第一步制得的含纳米气泡的液体泵入分离圆筒中，其中待分离的同位素物质既可在液体中也可在纳米气泡中；纳米气泡随液体在圆筒中上升，并逐渐充满圆筒，形成白色气泡的絮状液柱；
纳米气泡在分离圆筒内上升的过程中与液体发生接触，由于纳米气泡具有量子特性，接触过程中发生化学反应和同位素交换，较重的同位素随纳米气泡一同上升，当纳米气泡上升至一定高度后，即可获得较重的同位素浓缩产品，而较轻的同位素浓缩产品在分离圆筒的液相中，从而实现了同位素分离。


2.根据权利要求1所述的一种纳米气泡同位素分离方法，其特征在于：所述的含纳米气泡的液体，其中纳米气泡为空气泡、CO2气泡、H2气泡、NH3气泡、SF6气泡或UF6气泡，液体为水或水溶液；该纳米气泡和/或液体中含有待分离的同位素物质。


3.根据权利要求2所述的一种纳米气泡同位素分离方法，其特征在于：所述的待分离的同位素为碳同位素、氢同位素、氧同位素或锂同位素中的一种或几种。


4.根据权利要求3所述的一种纳米气泡同位素分离方法，其特征在于：所述的含纳米气泡的液体为含CO2气体的Li2SO4溶液、或者含CO2气体的水溶液。


5.根据权利要求1所述的一种纳米气泡同位素分离方法，其特征在于：所述的通过纳米气泡发生器制得含纳米气泡的液体，具体是首先击碎、分散气泡，制造尺寸为0.1-100微米的气泡，再采用压力溶气法配合进一步得到50-500nm的气泡。


6.一种纳米气泡同位素分离装置，其特征在于：该装置为一个纳米气泡分离器单元，该纳米气泡分离器单元包括纳米气泡发生器(1)、圆筒型的纳米气泡分离器(2)和供取料系统三部分；
其中，纳米气泡发生器(1)与纳米气泡分离器(2)连接，它将气体与液体混合制成含纳米气泡的液体，并将制得的含纳米气泡的液体通过纳米气泡分离器(2)的圆筒中部开有的供料口进入纳米气泡分离器(2)的圆筒内；所述的含纳米气泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈邦林，诸旭辉，
申请(专利权)人：陈邦林，诸旭辉，
类型：发明
国别省市：上海;31