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SPG微納氣泡發(fā)生技術(shù)

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一、關(guān)于SPG氣泡 SPG氣泡是一種將壓力氣體從SPG膜的微孔中分散出來(lái)的方法;一般來(lái)說(shuō),液體中非常小的氣泡稱為細(xì)氣泡,尺寸為1-100m的氣泡稱為微米氣泡,小于1m的氣泡稱為納米氣泡
SPG微納氣泡發(fā)生技術(shù) 產(chǎn)品詳情

一、關(guān)于SPG氣泡

“SPG氣泡”是一種將壓力氣體從SPG膜的微孔中分散出來(lái)的方法;一般來(lái)說(shuō),液體中非常小的氣泡稱為“細(xì)氣泡”,尺寸為1-100μm的氣泡稱為“微米氣泡”,小于1μm的氣泡稱為“納米氣泡”。

SPG氣泡的特點(diǎn)是通過(guò)改變SPG膜的孔徑來(lái)改變氣泡的大小,也適合于從微氣泡中產(chǎn)生更大的毫米級(jí)氣泡;此外,SPG氣泡是一種“非常靜態(tài)的生成方法”,不需要強(qiáng)烈的液體流動(dòng)或液體本身的加壓,它可以在不破壞液體中的微生物和大分子的情況下提供細(xì)小的氣泡,或利用氣泡懸浮的原理。

 

 

二、SPG氣泡壓力

SPG膜的氣泡壓力隨孔徑的變化而變化很大,孔徑越小,產(chǎn)生氣泡的壓力越高,其壓力與SPG膜孔中液體被擠出的“氣泡點(diǎn)”壓力相等,可以計(jì)算出來(lái)。

PB= 2 γ ●cos θ / R

PB:泡點(diǎn)壓力;                 

γ:氣相和液相之間的表面張力

θ:膜表面與液相之間的接觸角。  

R:SPG孔隙半徑

下面的表格和圖表計(jì)算了空氣在水中冒泡時(shí)的壓力。(γ= 72.75mN/m、θ=30°)

膜管孔徑(μm)

PB壓力(Mpa)

20

0.013

10

0.025

5

0.050

3

0.084

2

0.126

1

0.252

0.8

0.315

0.5

0.504

0.4

0.630

0.3

0.840

0.2

1.260

0.1

2.520

0.05

5.040

 


● 由于SPG專用模塊(固定夾具)的存在,我們建議使用SPG膜孔徑為0.3μm以上,同時(shí)壓力可以控制在小于1MPa以下;氣泡壓力會(huì)隨SPG模塊的規(guī)格而發(fā)生變化,也會(huì)隨SPG孔徑發(fā)生變化。

● 壓力的變化大取決于所用液體的表面張力和粘度;表面張力越小,壓力就越低。

● 以上數(shù)值為擠壓孔隙中液體所需的壓力,一旦液體被擠出,氣體穿過(guò)SPG孔隙,氣泡就會(huì)在較低的壓力下產(chǎn)生;一旦微孔中的液體被擠出,就會(huì)形成細(xì)小的氣泡,從SPG孔隙中連續(xù)地產(chǎn)生,然后通過(guò)降低壓力進(jìn)行調(diào)整,同時(shí)檢查氣泡的狀態(tài)。

● SPG氣泡的機(jī)理是當(dāng)SPG表面(包括孔隙內(nèi)部)被液體浸濕時(shí),由于表面張力的作用,氣體在SPG表面(出口)上形成“氣泡”,與氣體的接觸角增大,因此,如果有排斥液體的物質(zhì)附著在SPG膜上,表面條件沒(méi)有被液體浸濕,就不能獲得理想的性能,會(huì)引起大氣泡的產(chǎn)生。

 

三、SPG膜孔徑與氣泡大小的關(guān)系

SPG氣泡的特點(diǎn)是通過(guò)改變SPG膜的孔徑來(lái)控制氣泡的大小,根據(jù)Kukizaki博士的研究,當(dāng)0.3 wt%的SDS(陰離子表面活性劑)加入水中,有報(bào)道稱Dp(氣泡大小)=Dm (SPG膜孔徑)x8.6,然而氣泡是非常不穩(wěn)定的,據(jù)說(shuō)當(dāng)氣泡大小為50μm時(shí),小氣泡由于內(nèi)部壓力而自我收縮,相反大的氣泡會(huì)膨脹,因此實(shí)際氣泡的大小取決于所使用的液體類型(表面張力)、所使用的氣體類型(易溶解性)、產(chǎn)生環(huán)境(膜裝置表面地壓力等)以及在液體中的停留時(shí)間。

因此Dp = Dm x N,我們認(rèn)為有必要根據(jù)使用目的和使用方法來(lái)確定每一次的關(guān)系,氣泡的大小受氣液表面張力的影響很大,如果表面張力越大,氣泡也越大,如果在水中加入降低表面張力的表面活性劑或者酒精,就很容易獲得細(xì)小的氣泡。

▲ SPG膜孔徑(Dm)可以控制氣泡直徑(Dp): Dm large=Dp large, Dm small=Dp small

▲ 氣液表面張力:大=壓力高= Dp大,小=壓力低= Dp小

▲ 泡浮速度:Dp小慢,Dp大快

▲ 氣液接觸面積(氣泡體積相同):Dp小=大,Dp大=小

▲ 微氣泡和毫米氣泡都是不穩(wěn)定的,不會(huì)保持一定的大小:Dp 50um以下=收縮,Dp 50um以上=膨脹

 

四、泡沫生成數(shù)量

基本上SPG氣泡通過(guò)壓力來(lái)控制的良好氣泡產(chǎn)生條件,這是因?yàn)閴毫?/font>的下降發(fā)生在SPG膜的孔徑內(nèi)部,所以氣體的流量只能通過(guò)壓力來(lái)控制;此時(shí)氣體的滲透量取決于所使用的液體和氣體,但與SPG膜的有效氣泡面積成正比,如果你加倍使用SPG膜的長(zhǎng)度(面積),產(chǎn)生的氣泡數(shù)量也將加倍。

 

SPG膜孔徑0.3μm

SPG膜孔徑0.5μm

SPG膜孔徑1μm

SPG膜孔徑5μm

壓力KPa

流量ml/min

壓力KPa

流量ml/min

壓力KPa

流量ml/min

壓力KPa

流量ml/min

505

3

400

3

177

3

 

 

520

5

406

5

187

5

 

 

560

10

435

10

202

10

45

10

600

15

456

15

213

15

48

15

640

20

480

20

229

20

49

20

 

 

523

30

 

 

53

30


采用SPG膜型: 膜管φ10mm,長(zhǎng)度(有效長(zhǎng)度)L105mm

*即使增加壓力來(lái)增加流量,也只會(huì)出現(xiàn)大氣泡,不會(huì)產(chǎn)生細(xì)氣泡。

 

五、內(nèi)壓方式和外壓方式

采用高強(qiáng)度管型10mmSPG膜管。有“內(nèi)壓”和“外壓”兩種用途,根據(jù)SPG膜的固定方法和SPG管道形狀所衍生的強(qiáng)度,實(shí)際工作壓力差別很大。

 內(nèi)壓                          外壓

 

 

 

 

 

 

 

氣體從SPG管的內(nèi)表面加壓,在外表面產(chǎn)生氣泡, 氣體從SPG管的外表面加壓,在內(nèi)表面產(chǎn)生氣泡,

其特點(diǎn)是氣泡很容易分散在液體中而液體不流動(dòng)。 有必要將液體強(qiáng)行輸送到管道的內(nèi)表面,液體在管內(nèi)流動(dòng)。

 

內(nèi)壓

外壓

壓力

0.3MPa

0.98Mpa(0.8MPa)

膜管

1μm或更多

0.3μm或更多

優(yōu)點(diǎn)

●在不移動(dòng)液體的情況下,氣泡很容易分散在液體中。

●適用于小容量燒杯測(cè)試(約100ml-2L)。

●適合批量加工。

●它可以用于液體,如微生物和聚合物,對(duì)沖擊敏感。

●便于使用的浮動(dòng)分離。

●它可以在很小的SPG孔徑下使用,并且比內(nèi)壓型更容易獲得更細(xì)的氣泡。

●易于連接到供液管道。

缺點(diǎn)

與外壓型相比,只能使用較大孔徑的SPG。

需要用泵等強(qiáng)行送液,不適合微生物等使用。

*1:壓力因使用的模塊而異。

*2:在第2頁(yè)的“氣泡壓力”中,根據(jù)使用壓力來(lái)確定SPG的推薦孔徑。當(dāng)使用表面張力較低的液體時(shí),可以使用較小的SPG孔徑。

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