一种纳米气泡形成系统及形成方法技术方案

本发明专利技术公开了一种纳米气泡形成系统，包含气泡快速分级单元、气体置换单元、液体注入单元、气体输入单元、气体分散单元、气泡微细化单元、温度控制单元、压力控制单元和系统控制单元；气体置换单元、液体注入单元、气体输入单元、气泡微细化单元分别通过管道与气泡快速分级单元连通；气体输入单元通过管道与气体分散单元连通；气体分散单元与气泡微细化单元连通；温度控制单元调控纳米气泡形成系统的温度；压力控制单元通过改变第一腔体的容积调控纳米气泡形成系统的内部液体的压力；系统控制单元调控纳米气泡形成系统的运作。本发明专利技术系统既可用做相关领域的科学研究，又可应用于相关实际过程，可为纳米气泡相关基础研究及应用提供有力的技术支持。供有力的技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米气泡形成系统及形成方法


[0001]本专利技术属于纳米
，涉及一种纳米气泡的产生方法，更具体的涉及一种粒径及均匀性可控的纳米气泡形成方法。

技术介绍

[0002]一般情况下，纳米气泡是指尺寸小于500nm的气泡。严格意义上来说，纳米气泡的尺寸小于100nm。与普通的大气泡相比，纳米气泡具有比表面积大、稳定性高等特点，在细胞培养、疾病诊疗等高端领域有特殊的应用前景。目前，气液混合法是主流的纳米气泡产生方式，该方法适用面广，但在气液混合形成纳米气泡过程中，往往伴随着大量微气泡的生成，微气泡消失后，溶液中剩余的气泡方为纳米气泡。这类方法产生纳米气泡效率低，纳米气泡粒径和均匀性可控性差，而且气泡尺度无法达到真正意义上的纳米(<100nm)。因此，如何避免纳米气泡形成过程中微米气泡的产生，得到粒径及均匀性可控，并且在尺度上达到真正意义上的纳米(<100nm)，是纳米气泡研究领域亟需解决的技术难题。

技术实现思路

[0003]为克服现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提出了一种能够在纯水(或水溶液)中产生稳定性好、浓度高(>108个/mL)、粒径均匀、且尺寸小(颗粒集中分布在100nm以下)的纳米气泡分散液，为纳米气泡相关基础与应用研究提供有力的技术支持。
[0004]本专利技术提出的纳米气泡形成系统，包含气泡快速分级单元、气体置换单元、液体注入单元、气体输入单元、气泡微细化单元、温度控制单元、压力控制单元和系统控制单元。其中，气体置换单元、液体注入单元、气体输入单元、气泡微细化单元分别通过管道与所述气泡快速分级腔体连通，气体输入单元通过管道与气体分散单元连通，气体分散单元与气泡微细化单元连通；温度控制单元调控纳米气泡形成系统的温度；压力控制单元通过改变第一腔体的容积调控纳米气泡形成系统的压力；系统控制单元调控纳米气泡形成系统的运作。
[0005]本专利技术提出了一种纳米气泡形成系统，包括：
[0006]气泡快速分级单元1，用于气泡微细化单元6得到的微细化气泡快速分级，大气泡上浮重新凝并成连续相气体，进入气体输入单元4，分级后的气泡分散液进入气体分散单元5，并协同气泡微细化单元6形成纳米气泡；
[0007]气体置换单元2，用于将第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5、三号管道41、四号管道45和五号管道66中的空气置换成特定气体(如N2、O2、H2、SF6等)，第一腔体11与第二腔体63通过气体分散单元5连通；
[0008]液体注入单元3，用于向第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5和五号管道66中加注纯水(或水溶液)；
[0009]气体输入单元4，用于向第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5、三号管道41、四号管道45和五号管道66中输入特定气体(如N2、O2、H2、SF6等)；
[0010]气泡微细化单元6，用于气体分散单元5中得到气泡分散液进一步细化，并协同气泡快速分级单元1形成纳米气泡；
[0011]温度控制单元7，用于控制第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5和五号管道66中纯水(或水溶液)的温度；
[0012]压力控制单元8，通过改变第一腔体11的容积，调控控制第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5和五号管道66中纯水(或水溶液)的压力；
[0013]系统控制单元9，用于控制气体置换单元2、液体注入单元3、气体输入单元4、气泡微细化单元6、温度控制单元7和压力控制单元8运行。
[0014]本专利技术提出的纳米气泡形成系统中，
[0015]所述气泡快速分级单元1，包括：第一腔体11，其用来进行气泡微细化单元6得到的微细化气泡快速分级，得到的气体进入气体输入单元4，得到的气泡分散液进入气体分散单元5；刚性叶片12，其用来促进不同尺寸的气泡在第一腔体11中的快速分级；柔性器壁13，其与压力控制单元8的机械部分81协同，调控第一腔体11的容积；第一单向电磁阀14，用来排放第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5以及管道中的空气。
[0016]进一步地，刚性叶片按照附图2交叉方式布置。
[0017]所述气体置换单元包括：一号管道21，其用来连通第一腔体11和高压钢瓶23；第二单向电磁阀22，用来控制高压钢瓶23气体进入第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5以及管道中；高压钢瓶23，用来将第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5以及管道中的空气置换特定气体(如N2、O2、H2、SF6等)。
[0018]进一步地，高压钢瓶23压力在10atm～50atm；优选地，为20atm。
[0019]所述液体注入单元3包括：二号管道31，其用来连通供液部分33和第一腔体11；第三单向电磁阀32，用来控制供液部分33纯水(或水溶液)进入第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5以及五号管道66；供液部分33，用来将纯水(或水溶液)注入第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5以及五号管道66。
[0020]所述液体注入单元3中供液部分33进一步包括：储液器331，其用于将储存纯水(或水溶液)；一号驱动器332，其用于将储液器中的纯水(或水溶液)注入第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5以及五号管道66。
[0021]所述气体输入单元4包括：三号管道41，其用来连通供气部分44和第一腔体11；第四单向电磁阀42，用来控制第一腔体11中的气体进入储气器441；第五单向电磁阀43，其用来控制供气部分44气体进入气体分散单元5。
[0022]所述气体输入单元4中供气部分44进一步包括：储气器441，其用于储存气体；二号驱动器442，其用于将储气器441、三号管道41和四号管道45中的气体增压至第一腔体11与第二腔体63液体相同压力。
[0023]所述气泡微细化单元6包括：气泡细化器61，将气体分散单元5中得到气泡分散液进一步细化；第二腔体63，在其中将气体分散单元5中得到气泡分散液进一步细化；单向阀65，用于控制液体从从第二腔体63流入第一腔体11；五号管道66，用于连通第一腔体11和第二腔体63；第六单向电磁阀62，用来控制第一腔体11、第二腔体63及管道中纳米气泡分散液的输出；终端处理器64，用于纳米气泡分散液的进一步均化。
[0024]进一步地，气泡细化器61包括胶体磨、均质机、旋涡泵、乳化机等。
[0025]更进一步地，胶体磨，转速为3000～15000rpm；均质机，转速为3000～20000rpm；旋涡泵为多级漩涡泵(1～5级)，转速为2000～10000rpm；乳化机，转速为3000～30000rpm。
[0026]所述温度控制单元7包括：热量交换部分71，用于恒温液与第一腔体11中液体热量的交换，维持第一腔体11、第二腔体63、气体分散单元5以及五号管道66中液体的温度；恒温箱72，用于维持恒温液的温度。
[0027]进一步地，所述恒温箱72的温度控制灵敏度为0.1～0.5℃，优选地，为0.1℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米气泡形成系统，其特征在于，包括：气泡快速分级单元(1)、气体置换单元(2)、液体注入单元(3)、气体输入单元(4)、气体分散单元(5)、气泡微细化单元(6)、温度控制单元(7)、压力控制单元(8)和系统控制单元(9)；其中，所述气泡快速分级单元(1)，包括：第一腔体(11)，用于将所述气泡微细化单元(6)得到的微细化气泡快速分级，大气泡上浮重新凝并成连续相气体，进入气体输入单元(4)，分级后的气泡分散液进入所述气体分散单元(5)；所述气泡微细化单元(6)协同所述气泡快速分级单元(1)形成纳米气泡，包括：第二腔体(63)，在其中将气体分散单元(5)中得到气泡进一步细化；所述气体置换单元(2)，用于将所述第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)、三号管道(41)、四号管道(45)和五号管道(66)中的空气置换成特定气体；所述第一腔体(11)与所述气体分散单元(5)连接；所述第一腔体(11)与所述第二腔体(63)，通过所述五号管道(66)连通；所述液体注入单元(3)，用于向所述第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)和五号管道(66)中加注纯水或水溶液；所述气体输入单元(4)，用于向所述气体分散单元(5)中输入特定气体；所述气体分散单元(5)，用于将所述气体输入单元(4)中的气体分散成气泡，形成气泡分散液；所述温度控制单元(7)，用于控制所述第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)和五号管道(66)中纯水或水溶液的温度；所述压力控制单元(8)，通过改变所述第一腔体(11)的容积，调控所述第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)和五号管道(66)中纯水或水溶液的压力；所述系统控制单元(9)，用于控制气体置换单元(2)、液体注入单元(3)、气体输入单元(4)、气体分散单元(5)、气泡微细化单元(6)、温度控制单元(7)和压力控制单元(8)运行。2.如权利要求1所述的纳米气泡形成系统，其特征在于，所述气泡快速分级单元(1)包括：刚性叶片(12)，以交叉方式布置，其用来促进气泡分散液在第一腔体(11)中快速分级；柔性器壁(13)，其与压力控制单元(8)的机械部分(81)协同，调控第一腔体(11)的容积；第一单向电磁阀(14)，用来排放第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)、三号管道(41)、四号管道(45)和五号管道(66)中的气体。3.如权利要求1所述的纳米气泡形成系统，其特征在于，所述气体置换单元(2)包括：一号管道(21)，其用来连通第一腔体(11)和高压钢瓶(23)；第二单向电磁阀(22)，用来控制高压钢瓶(23)气体进入第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)、三号管道(41)、四号管道(45)和五号管道(66)中；高压钢瓶(23)，用来将第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)、三号管道(41)、四号管道(45)和五号管道(66)中的空气置换成特定气体；所述高压钢瓶(23)压力在10atm～50atm。4.如权利要求1所述的纳米气泡形成系统，其特征在于，所述液体注入单元(3)包括：二号管道(31)，其用来连通供液部分(33)和第一腔体(11)；
第三单向电磁阀(32)，用来控制供液部分(33)纯水或水溶液进入第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)和五号管道(66)中；供液部分(33)，用来将纯水或水溶液注入第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)和五号管道(66)中。5.如权利要求4所述的纳米气泡形成系统，其特征在于，所述供液部分(33)包括：储液器(331)，其用于存放纯水或水溶液；一号驱动器(332)，其用于将储液器(331)中的纯水或水溶液注入第一腔体(11)、第二腔体(63)、气体分散单元(5)和五号管道(66)中。6.如权利要求1所述的纳米气泡形成系统，其特征在于，所述气体输入单元(4)包括：三号管道(41)，其用来连通供气部分(44)和第一腔体(11)，四号管道(45)，其用来连通供气部分(44)和气体分散单元(5)，压力表(46)，其用来指示气体输入单元(4)及三号管道(41)和四号管道(45)中的气体压力；第四单向电磁阀(42)，用来控制第一腔体(11)中的气体进入供气部分(44)；第五单向电磁阀(43)，用来控制供气部分(44)气体进入气体分散单元(5)；供气部分(44)，用来收集第一腔体(11)中的气体并将气体输入气体分散单元(5)。7.如权利要求6所述的纳米气泡形成系统，其特征在于，所述供气部分(44)包括：储气器(441)，其用于存放气体；二号驱动器(442)，其用于将储气器(441)、三号管道(41)和四号管道(45)中的气体增压至第一腔体(11)与第二腔体(63)液体相同压力。8.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：马士禹，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：