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纳米微气泡的发现  1894年英国驱逐舰“Daring”无法达到设计航速,且随螺旋桨转速的升高使得螺旋桨面振动和损坏。“微气泡及空化效应”历史上的首次定义。 ‍纳米微气泡的研究历程    上个世纪50年代在化工领域开始了对气泡和液滴的研究。其后,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,极大地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,但在当时尚未出现能够应用于化工领域的纳米微气泡发生技术和手段。20世纪90年代后期兴起微气泡发生技术,21世纪初在日本得到了蓬勃的发展,其产生方法包括旋回剪切、加压溶解、电化学、微孔加压、混合射流等,均可在一定条件下产生微米或微纳米级的气泡。  纳米微气泡的介绍  目前,对气泡的分类与定义并不是十分严格,按照从大到小的顺序可分为厘米气泡(CMB)、毫米气泡(MMB)、微米气泡(MB)、纳米微气泡(MNB)、纳米气泡(NB)。  所谓的纳米微气泡,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性。  纳米微气泡的产生方式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...
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超氧纳米微气泡(SOMB)技术

日期: 2016-11-10
浏览次数: 839

纳米微气泡的发现

  1894年英国驱逐舰“Daring”无法达到设计航速,且随螺旋桨转速的升高使得螺旋桨面振动和损坏。微气泡及空化效应历史上的首次定义。

 

纳米微气泡的研究历程

    上个世纪50年代在化工领域开始了对气泡和液滴的研究。其后,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,极大地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,但在当时尚未出现能够应用于化工领域的纳米微气泡发生技术和手段。

20世纪90年代后期兴起微气泡发生技术,21世纪初在日本得到了蓬勃的发展,其产生方法包括旋回剪切、加压溶解、电化学、微孔加压、混合射流等,均可在一定条件下产生微米或微纳米级的气泡。


 

纳米微气泡的介绍

  目前,对气泡的分类与定义并不是十分严格,按照从大到小的顺序可分为厘米气泡(CMB)、毫米气泡(MMB)、微米气泡(MB)、纳米微气泡(MNB)、纳米气泡(NB)。
  所谓的纳米微气泡,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性。

 

纳米微气泡的产生方式

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、生长并不断聚集声场能量,当能量达到某个阈值时,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,当液体压强小于饱和蒸汽压时,液体中的气泡就会不断膨胀,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。
  应用:废气处理,污水处理,水力切割,物面清洁,木浆精炼。
3. 其他:
  震荡型空化……

 

 VOCs处理过程的主要反应

1. 机械剪切[1]

  在含有聚合物的多相体系中,由于微气泡溃灭时会使传质模质的质点产生很大的瞬时速度和加速度,引起剧烈的振动,产生强大的液体剪切力,使大分子主链上的碳链产生断裂,使高分子物质降解。

2. 热解[2

  由于微气泡溃灭,在局部地点形成瞬间高温,高分子化合物发生解链反应.如烃类解链生成自由基和自由原子[·]

RHR·+H·

  非极性、易挥发溶质的蒸汽也能直接热分解如CC14

CC14CC13+C1· CC13CC12+C1·

  水蒸气解离产生H202等强氧化物,与系统中加入的臭氧,通过这些强氧化物,又进一步氧化废气中的有机物,反应如:

CH30H+H202HCO0H+H2O

HCOOH+H2O C02+H2O+H2

  最终使有机物分解、氧化成溶于水或低粘度的物质、二氧化碳,达到降解的目的。

3. 自由基氧化[3]

  微气泡溃灭时,水中会产生局部的高浓度游离状态的·OH、·HO·等自由基,并产生高压和微射流,产生强烈的剪切力,使大分子主链上碳键断裂,产生自由基。由于自由基的强氧化性,与溶液中溶质进行反应,实现降解。例如,·OH非常活跃,能脱去有机分子(如烃类物质)上的一个氢,形成R·自由基,R·能被水中溶解氧进一步氧化成RO2RO·也是强氧化剂,这样自由基不断产生不断氧化,大大增强了空化的氧化效率,部分反应如下:

RH+·OHR·+H20

R·+O2RO2·

ROO·+RHR·+HO2·

RH+O2R·+HO2·

RH+H02·— R·+H2O2

  随着反应的继续,烃基过氧化物不断分解,并与新的烃分子或自由基作用,进一步氧化生成中间产物。如醇和酮,反应如下:

RR'CH-00H RR'CHO·+·OH

RR'CH0·+RHRR'CH0H+R·

4. 超临界水氧化[4]

在微气泡溃灭过程中,形成超临界水,有利于提高大多数化学反应速度,例如低挥发性溶质如对硝基苯乙酸酯在瞬时超临界水相的反应。实验研究表明,在超临界水环境下,羟基自由基氧化降解苯酚的机理如下:首先.苯酚在·OH 的作用下被氧化为对苯二酚或邻苯二酚,然后。继续被氧化为醌类化合物,之后开环形成脂肪酸(如丁烯二酸和乙酸),最终降解为二氧化碳和水。

参考:

1. 卢义玉,等. 空化水射流空泡云长度的试验研究[J]. 流体机械, 2006, 34(5):9-11.

2. 卢义玉,等.空化水射流一双氧水处理苯酚废水的机理分析 [J].重庆大学学报自然科学版,200831(1O)1922

3.葛 强,等.空化射流处理有机废水的机理[J].重庆大学学报自然科学版,200730(5)1922

4.张风华,等.空化水射流的化学效应[J].重庆大学学报,200427(1)3235

 

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