本发明专利技术提供了一种微纳米气泡的制备方法，包括以下步骤，将气体通入液体中，在液面下，将超声波作用于液面下的气体，得到微纳米气泡。本发明专利技术利用超声波在液体中产生的空化效应、水射流、冲击波等特性，使注入水中的气泡在超声波能量的作用下瞬间冲击、破碎、细化为高密度且均匀的微纳米气泡，具有增加水溶液中自由基含量、增加微纳米气泡在水溶液中运动速率、微纳米气泡在污水里停留时间长等优势，其次在超声波的作用下能够有效减少微纳米气泡之间相互聚合的情况，可实现高效、绿色、工艺可控的微纳米气泡的制备。本发明专利技术所采用的设备简单、操作方便，不仅在水处理领域具有广泛的应用前景，也更加有利于用于其他领域的微纳米气泡的制备。制备。
【技术实现步骤摘要】
一种微纳米气泡的制备方法及装置
[0001]本专利技术属于微纳米气泡制备
，涉及一种微纳米气泡的制备方法及制备装置，尤其涉及一种利用超声波技术制备微纳米气泡的方法及制备装置。
技术介绍
[0002]微纳米气泡是指气泡发生时直径在数十微米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，相比于传统气泡，微纳米气泡具有直径小、比表面积大、上升速度慢、停留时间长、吸附能力强等常规气泡所不具备的物理与化学特性，已广泛在水环境治理和污水处理等领域中应用。目前在水处理应用中常采用电解法、鼓风曝气法、机械曝气法、射流曝气法、曝气泵、加压溶气法等产生微纳米气泡。
[0003]但是现有微纳米气泡制备方法仍然存在一些的难点与不足：
[0004](1)电解法：电解法产生微气泡是向水中通入5～10V的直流电，从而产生微小气泡(直径多在18～90μm之间，阴极产生H2，阳极产生O2)。电解法是最近几年水处理领域出现的新方法，具有适应废水范围广，设备简单、管理方便、能部分提高水中溶解氧等优点。但能耗高，电极板易结垢。
[0005](2)鼓风曝气：鼓风曝气又称压缩空气曝气，其原理为利用鼓风机将空气通过输气管道输送到设在池底的曝气装置中，以气泡形式弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中。曝气装置按其应用工艺不同，主要包括膜片式微孔曝气器和旋混曝气器等。鼓风曝气的特点是：结构简单、便于排布施工，供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，适用于大中型污水厂。缺点是：曝气过程中需产生足够大的压力以提高气体与液体之间分子质量的传递效率，所消耗的气水比例高，能耗较高。并且鼓风曝气发生出来的微气泡存在尺寸大，数量少，滞留时间短，气液接触面较小等缺点。
[0006](3)机械曝气：也称为表面曝气，机械曝气器大多以装在曝气池水面的叶轮快速转动，进行表层曝气。按转轴方向不同，可分为立式和卧式两类。常用的立式表面曝气机有平板叶轮、倒伞型叶轮和泵型叶轮等，卧式表面曝气机有转刷曝气机和转盘曝气机等。机械曝气法的特点是：设施简单、集中，维护管理较为方便，充氧效率较高且在水中溶解氧分层明显，常用于小型的曝气池，如氧化沟等。不足之处：气压损失大能耗较高，易出故障，发生出来的微气泡尺寸大，且受水处理池池深影响较大。
[0007](4)射流曝气法：现有技术射流曝气器，主要有两种：一种为单混合喷嘴射流曝气器，如中国专利CN202124525U、CN2825632、CN101993145A等；另一种为周面设多个混合喷嘴的圆形碟式曝气器，如中国专利CN201908001U、CN2700318、CN201447385U等。射流曝气具有良好的充氧特性，有效的气体分散及较高的传质系数，溶解氧及气泡分布均匀，但也存在很多不足：结构相对复杂，制造成本较高，机械成型材料难以选择，需产生较大的剪应力，对水处理池池型适应性差，水处理量小等。
[0008](5)曝气泵：也叫做气液混合泵、气浮泵。例如由HICHINE海泰美信研发并生产的一种卧式安装的自吸式气液混合泵系列产品。该泵的吸入口可以利用负压作用吸入气体，所
以无需采用空气压缩机和大气喷射器；高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌，无需搅拌器和混合器。由于泵内的加压混合，气体与液体充分溶解，溶解效率可达80～100％，其中气液比约为1：9(吸气量为8～10％)，可串联使用以增加吸气量。曝气泵的特点是：气液溶解率较高；结构简单、拆装简便、易于维护；使用场地可随时移动等。不足之处：发生微气泡的条件比较苛刻；适用范围有一定局限性，主要针对中小规模的化工类、生物化工类工业污水处理或鱼厂等。
[0009]以上这些现有的微纳米气泡制备方法，在使用过程中都不同程度的存在，微纳米气泡尺寸大、数量少、滞留时间短、能耗高、结构复杂、设备占地面积大等问题，最终影响污水处理效率。
[0010]因此，如何找到一种更为适宜的微纳米气泡制备方法，解决现在的制备方法中存在的上述缺陷，进一步拓宽微纳米气泡的使用宽度和深度，已成为领域内诸多研究人员广泛关注的焦点之一。
技术实现思路
[0011]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种微纳米气泡的制备方法及制备装置，特别是一种利用超声波技术制备微纳米气泡的方法，本专利技术提供的超声波制备微纳米气泡的方法，具有增加水溶液中自由基含量、增加微纳米气泡在水溶液中运动速率、微纳米气泡在污水里停留时间长等优势，可实现高效、绿色、工艺可控的微纳米气泡的制备路线，具有极大的商业价值和市场前景。
[0012]本专利技术提供了一种微纳米气泡的制备方法，包括以下步骤：
[0013]1)将气体通入液体中，在液面下，将超声波作用于液面下的气体，得到微纳米气泡。
[0014]优选的，所述超声波的频率为1～60Hz；
[0015]所述超声波的振幅为1～200μm；
[0016]所述超声波为纵向超声波。
[0017]优选的，所述微纳米气泡的直径为0.1～100μm；
[0018]所述微纳米气泡在液体中的上升速度为0.1～5mm/min；
[0019]所述液面下具体为液面下0.1～5mm；
[0020]所述超声波作用于液面下的气体，具体为，使气体通过超声波的辐射面。
[0021]优选的，所述液体包括水、化工废水、生化废水、工业污水、生活污水和养殖用水中的一种或多种；
[0022]所述气体包括空气、氧气和臭氧中的一种或多种；
[0023]所述超声波包括经过变幅后的超声波。
[0024]优选的，所述液体包括加压液体；
[0025]所述加压的压力为0.01～0.8MPa；
[0026]所述液面以上的气相包括带压气相；
[0027]所述带压气相的压力为0.1～0.8MPa。
[0028]本专利技术还提供了一种微纳米气泡的制备装置，包括超声波电源；
[0029]与所述超声波电源相连接的超声波换能器；
[0030]与所述超声波换能器相连接的超声波变幅杆；
[0031]与所述超声波变幅杆相连接的声波辐射头。
[0032]优选的，所述超声波电源的电信号频率为18～60kHz；
[0033]所述超声波电源的电功率为50～6000W；
[0034]所述超声波换能器的工作功率为50～6000W；
[0035]所述超声波换能器的工作频率为18～60KHz。
[0036]优选的，所述超声波变幅杆的振幅为1～50μm；
[0037]所述声波辐射头端面的振幅为1～200μm；
[0038]所述声波辐射头的端面为平面或弧面；
[0039]所述声波辐射头包括纵向振动的声波辐射头；
[0040]所述制备装置还包括容器；
[0041]所述容器包括超声釜。
[0042]优选的，所述声波辐射头设置在容器上；
[0043]所述声波辐射头的辐射端面设置在容器内；
[0044]所述声波辐射头的辐射端面位于容本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微纳米气泡的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将气体通入液体中，在液面下，将超声波作用于液面下的气体，得到微纳米气泡。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声波的频率为1～60Hz；所述超声波的振幅为1～200μm；所述超声波为纵向超声波。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微纳米气泡的直径为0.1～100μm；所述微纳米气泡在液体中的上升速度为0.1～5mm/min；所述液面下具体为液面下0.1～5mm；所述超声波作用于液面下的气体，具体为，使气体通过超声波的辐射面。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液体包括水、化工废水、生化废水、工业污水、生活污水和养殖用水中的一种或多种；所述气体包括空气、氧气和臭氧中的一种或多种；所述超声波包括经过变幅后的超声波。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液体包括加压液体；所述加压的压力为0.01～0.8MPa；所述液面以上的气相包括带压气相；所述带压气相的压力为0.1～0.8MPa。6.一种微纳米气泡的制备装置，其特征在于，包括超声波电源；与所述超声波电源相连接的超声波换能器；与所述超声波...
【专利技术属性】
技术研发人员：于磊，翟锰钢，赵夙，李荣和，李一飞，尚晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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