用于在环境条件下生成纳米气泡或纳米液滴的系统、方法和发生器技术方案

用于在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的方法和发生器；该方法包括：提供用于容纳液体的容器；将介质分配在液体内，其中，介质在环境条件下提供到容器；使用电极在容器的附近生成电场，以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，电极和液体不直接电接触以防止在容器内发生电解。发生电解。发生电解。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在环境条件下生成纳米气泡或纳米液滴的系统、方法和发生器


[0001]本公开涉及用于生成纳米气泡或纳米液滴的系统、方法。特别地但非排他地，本公开涉及在不使用电解的情况下在环境条件下生成纳米气泡或纳米液滴。本公开还涉及用于处理生物气和废水的系统和方法。特别地但非排他地，本公开涉及通过形成纳米气泡和天然气水合物对来自厌氧分解的生物气和废水进行处理。本公开还涉及对多组分混合物的处理。

技术介绍

[0002]从纳米气泡在工业中发现的大量应用中可以清楚地看出纳米气泡对工业的价值。纳米气泡在液体中的高亚稳性使纳米气泡在数月规模的气体储存中得到了广泛的应用。此外，纳米气泡的高的表面积∶体积比意味着它们可以用于表面清洁应用，因为纳米气泡能够附着到表面上的不溶性污物上。纳米气泡还广泛用于通过浮选进行废水处理，此外还用于包括控制农业甲烷排放的生物气应用中。
[0003]此类应用激发了对纳米气泡的各种物理特性及其生产方法的大量研究。例如，空化效应(液体中压力的突然变化使得形成低压空腔)已被用于产生纳米气泡。
[0004]已经发现这些方法在能量需求和所需物理装置方面成本高昂。此外，有些方法在过程中需要添加剂，而这会污染液体，同时也会产生相对较低的气体溶解度。
[0005]美国公布的专利申请2018141837涉及一种纳米气泡和羟基自由基发生器(Nanobubble and Hydroxyl Radical Generator，NBHRG)以及一种利用NBHRG在不使用化学物质的情况下净化水的处理系统。已公布的PCT专利申请WO2005084786涉及含有氧纳米气泡的水及其制备方法。美国公布的专利申请US20100147701涉及一种用于施加通过液体的交变电场以增强消毒性质的方法和装置。已公布的PCT专利申请WO2017156410涉及一种用于产生纳米气泡的方法和装置，其中在一定压力下向该装置供应气体，使得气体被迫通过多孔侧壁并且在透气部件的外表面上形成纳米气泡。这些技术基于使用水电解和水力空化的方法，水电解是将水分解为氢气和氧气并且生成的气体形成纳米气泡的过程；水力空化是汽化、气泡生成和气泡内爆的过程，水力空化由于局部压力的降低和随后的增加而在流动的液体中发生。涉及电解的方法需要水和电极的直接液电接触或放电，或引入另一离子源。替代地，不使用电解的方法(诸如水力空化)被认为在产生可持续的纳米气泡方面效率较低，并且会导致增溶效应的降低。
[0006]到目前为止，已知与纳米气泡的制备有关的各种方法，然而，这些方法通常在产生纳米气泡的水中引入电解或外来物质(例如，离子)，这可能会导致污染。已公布的PCT专利申请WO2014148397使用水电解，将水分解为氢气和氧气，而生成的气体形成纳米气泡。已公布的PCT专利申请WO2005084786采用超声波辐照，并且进一步使用添加剂离子使纳米气泡稳定。美国公布的专利申请US20070189972涉及一种通过对包含在液体中的微气泡施加物理刺激以使微气泡突然收缩形成纳米气泡来形成纳米气泡的方法。此外，这种方法也涉及
添加剂离子的使用。形成没有微气泡的相对较大数量的纳米气泡操作简单而且能源效率高，能够产生较高的气体溶解度。
[0007]已公布的欧洲专利申请EP2986975涉及用于在锥形纳米孔中控制纳米气泡和纳米颗粒动力学的方法和系统。
[0008]厌氧分解(Anaerobic Digestion，AD)是将可生物降解的原料(诸如动物粪便、污水、废弃食物等)转化为三种主要产物：生物气、沼渣和水。由于生物气在工业中，特别是在热能或电力的产生中的广泛应用，生物气的提取是非常期望的。然而，包括H2S的污染物具有很强的腐蚀性并且抑制燃烧，因此，在有效利用生物气之前，需要对生物气进行相当程度的净化。此外，人们普遍认为，在没有充分提取生物气(诸如甲烷和二氧化碳)的情况下处置厌氧分解产生的废物会对环境产生负面影响，诸如助长全球范围内的温室气体排放。现有的净化方法(诸如变压吸收、低温分离、化学洗涤和膜技术)通常都有大量的资金和操作成本。此外，现有的净化方法通常只有在大规模生物气生产时才具有成本效益，这意味着小规模、局部化的解决方案在经济上是不可行的。
[0009]生物气提取后剩余的沉淀物，即沼渣可以用于肥料、堆肥等。然而，在生物气和沼渣提取后剩余的废水通常含有污染物或其他不良污染物，这需要对排放水进行处理。
[0010]需要一种能够解决现有技术的至少一些缺点的用于生成纳米气泡或纳米液滴的方法、系统和装置。还需要一种能够解决现有技术的至少一些缺点的用于处理生物气和废水的方法和系统。此外，还需要一种用于处理多组分混合物的方法和系统。

技术实现思路

[0011]因此，提供了一种在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的方法；所述方法包括：
[0012]提供用于容纳液体的容器；
[0013]将介质分配在所述液体内，其中，所述介质在环境条件下提供到所述容器；
[0014]使用电极在所述容器的附近生成电场，以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，所述电极和所述液体不直接电接触以防止在所述容器内发生电解。
[0015]例如，所述环境条件包括在0℃到30℃范围内的温度。
[0016]例如，所述环境条件包括在0N/m2到2
×
105N/m2范围内的压力。
[0017]有利地，所述方法还可以包括在所述容器的附近提供磁场。
[0018]进一步有利地，所述磁场包括在0.5kgs
‑2A
‑1到2kgs
‑2A
‑1范围内的磁通量密度。
[0019]在一个方面中，所述介质是气体介质。有利地，所述气体介质包括两种或更多种气体的混合物。优选地，至少一种气体是富集的。
[0020]在另一方面中，所述介质是液体介质。有利地，所述液体介质包括两种或更多种液体组分的混合物。优选地，至少一种液体组分是富集的。
[0021]在一个方面中，所述液体是水性液体。
[0022]在进一步的方面中，所述液体包括去离子水。
[0023]在一示例性方面中，所述电场是静电场。
[0024]在另一方面中，提供了用于对所述容器中的内容物进行冷却的冷却构件。有利地，所述冷却构件使冷却剂在所述容器的附近流通。
[0025]在一个方面中，所述方法包括将所述容器排空。
[0026]在进一步的方面中，所述方法包括对所述容器中的内容物进行搅拌。有利地，所述搅拌通过摇摆运动提供。
[0027]在一示例性布置方式中，所述方法包括感测温度；和/或感测压力。
[0028]在一个示例中，所述液体的体积约为20cm3。有利地，将高达100巴的压力施加到所述容器。优选地，将大约30V的直流电压施加到所述电极。
[0029]在一个方面中，施加声信号以从所述液体中释放纳米气泡或纳米液滴。
[0030]在另一方面中，施加磁信号以从所述液体中释放纳米气泡或纳米液滴。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的方法；所述方法包括：提供用于容纳液体的容器；将介质分配在所述液体内，其中，所述介质在环境条件下提供到所述容器；使用电极在所述容器的附近生成电场，以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，所述电极和所述液体不直接电接触以防止在所述容器内发生电解。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环境条件包括在0℃到30℃范围内的温度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，环境条件包括在0N/m2到2
×
105N/m2范围内的压力。4.根据权利要求1
‑
3所述的方法，还包括在所述容器的附近提供磁场。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述磁场包括在0.5kgs
‑2A
‑1到2kgs
‑2A
‑1范围内的磁通量密度。6.根据权利要求1
‑
5所述的方法；其中，所述介质是气体介质。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述气体介质包括：两种或更多种气体的混合物；或两种或更多种气体的混合物；其中，至少一种气体是富集的。8.根据权利要求1
‑
5所述的方法；其中，所述介质是液体介质。9.根据权利要求8所述的方法；其中，所述液体介质包括：两种或更多种液体组分的混合物；或者两种或更多种液体组分的混合物；其中，至少一种液体是富集的。10.根据权利要求1至9所述的方法；其中，所述液体是水性液体。11.根据权利要求1至10所述的方法；其中，所述液体包括去离子水。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法；其中，所述电场是静电场。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法；还包括应用冷却构件以对所述容器中的内容物进行冷却。14.根据权利要求13所述的方法；其中，所述冷却构件使冷却剂在所述容器的附近流通。15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法；还包括将所述容器排空。16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法；还包括对所述容器中的内容物进行搅拌。17.根据权利要求16所述的方法；其中，所述搅拌通过摇摆运动提供。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法；还包括感测温度；和/或感测压力。19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法；其中，所述液体的体积约为20cm3。20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法；其中，将高达100巴的压力施加到所述容器。21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法；其中，将大约30V的DC电压施加到所述电极。22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法；其中，施加声信号以从所述液体中释放所述纳米气泡或纳米液滴。23.根据权利要求1至21中任一项所述的方法；其中，施加磁信号以从所述液体中释放
所述纳米气泡或纳米液滴。24.根据权利要求1至21中任一项所述的方法；其中，将所述容器冷却至预定水平以便于将所述纳米气泡或纳米液滴储存在所述液体的主体内。25.一种用于在环境条件下产生纳米气泡或纳米液滴的发生器；所述发生器包括：容器，所述容器用于容纳液体；源，所述源用于将介质供应到所述容器以分配在所述液体中，其中，所述介质在环境条件下提供到所述容器；电极，所述电极用于在所述容器的附近生成电场，以促进纳米气泡或纳米液滴的生成；其中，所述电极和所述液体不直接电接触以避免电解。26.根据权利要25所述的发生器；其中，所述源包括用于供应气体介质的气体源。27.根据权利要25所述的发生器；其中，所述源包括用于供应液体介质的液体源。28.根据权利要求21至23中任一项所述的发...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔，
申请(专利权)人：爱尔兰国立都柏林大学，
类型：发明
国别省市：