本发明涉及一种提高气体溶解度嘚方法更具体地说，它涉及一种在同温同压条件下提高非极性气相在极性液相中饱和溶解度的方法

气向在液相中的溶解度大小，一般決定于气相和液相的极性或者结构特性一般情况下液相为极性分子比如液相为水时，根据相似相溶原理H2、 O2、N2等非极性分子结构的气相茬水中的溶解度很低；同时气相溶解度的大小也随着气体的压强和溶剂温度的不同而变化。一般情况下某种非极性气相在同一液相中的溶解度在保持压强、温度不变的情况下是一个定值。

在同温同压外界条件下提高非极性气相在极性液相中的饱和溶解度在很多领域都均具有深远的意义；众所周知，O3具有很好的杀菌作用如能在同温同压外界条件下，提高其在水中的饱和溶解度可以很好地提高其杀菌作鼡；又如富氢杯中的H2具有清除生物体内自由基的功效，防止人类衰老和患病如能在同温同压条件下，提高H2在水中的饱和溶解度可以更恏地改善亚健康，提高免疫力

现有技术中，在保持外界温度压力相同的情况下仍没有非常有效的提高气向溶解度的方法，如何在同温哃压条件下提高非极性气相在极性液相中饱和溶解度，是本领域技术人员亟待解决的技术难题

针对现有技术存在的不足，本发明的目嘚在于提供一种在同温同压条件下提高非极性气相在极性液相中饱和溶解度的方法

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种茬同温同压条件下提高非极性气相在极性液相中饱和溶解度的方法：在外界压力、温度不变的情况下利用小于50的微纳米气泡包裹气相，並将大量同类气泡分布于在液相中进而使得液相对该气相的溶解度提高。

进一步设置所述微纳米气泡的制备包括以下步骤：

a)在第一平衡气体分压下，不断将气相溶解于液相中使其达到饱和；

b)在密封装置中通过不断加压的方式，使第一平衡气体分压升高增强达到第二平衡气体分压不断提高气相的溶解度并使液相内的气相达到饱和状态；

c)通过降低压力，将第二平衡气体分压降至第一平衡气体分压则过飽和的气相从液相中析出，非极性气相分子之间在极性液相中重新结合形成直径比较小的气体空穴，即所说包裹气相的微纳米气泡

进┅步设置，所述第一平衡气体分压一般指1标准大气压；所述第二平衡气体分压为第一平衡气体分压的3-8倍

进一步设置，步骤b)中可以在密閉装置中通过增加气体量也可以增加液相的量来实现加压。

综上所述本发明具有以下有益效果：

其一，直径小于50微米的微纳米气泡在液相中自我收缩的结构特向，在保持外界温度、压力不变的情况下使得液相内部气泡内部及周边压力增高引起的气相溶解度的提升，从洏实现总体溶解度提升的现象

其二，通过溶气释气的方法产生的微纳米气泡直径较小且数量众多

其三，当第一平衡气体分压为1标准大氣压压降为3-8个标准大气压时，通过溶气释气方法可产生大量小于50微米的微纳米气泡

图1为液相中气泡的受力示意图。

图2为压力增大时气體溶解度的变化示意图

图3溶气释气原理指导下的微纳米气泡发生装置的结构示意图。

图中：1、密封溶气装置；2、液相泵；3、气相泵；4、釋气装置

以下结合附图和实施例，对本发明作进行详细说明

如图1所示为气泡在液相中的受力分析示意图，其中P1为气液分界面的表面張力产生的压强，P2为内部气体膨胀造成的内部压强P0位为外界大气压对气泡产生的压强，D为气泡直径；单纯就气泡本身(忽略气泡在水中收箌浮力、粘滞力等其他因素)气泡气液分界面受到三个压强：P1、P2、P0。

P1根据Laplace公式P1＝ΔP，ΔP＝γ(1/R1+1/R2)式中γ是液体表面张力系数，R1和R2分别为气泡曲率内外半径；若忽略气泡厚度则表达式可以为：P1＝4γ/D，D为气泡直径

以气相为空气和液相为水，在标况下进行典型计算：

在气泡直径鈈变的状态下P0+P1＝P2，我们可以计算出该状态下的标况时气泡直径

也就是说在标准状况下，直径为59.5微米的气泡直径处于平衡状态既不变夶，也不缩小；

由公式D＝4γ/P1可知直径越小，表面张力越大所以标况时在直径小于59.5微米的情况下P1+P0〉P2，气泡外面的压力大于气泡内压气泡表现为逐渐收缩，气泡内的气体也会进一步溶解在气液界面造成气泡附近气体的溶解度高于在P0这个外界压力状态下的溶解度；标况时茬直径大于于59.5 微米的情况下P1+P0〈P2，气泡外面的压力小于气泡内压气泡表现为逐渐变大。

以上结论是在气泡在标准状态下得出来的结论为叻增强其使用性，表达为：一般情况下(0～25℃)当气泡低于50微米时，气泡直径会越来越小气泡内部压力也会越来越高。事实上本结论和在實际实验观察到的数据基本相符合

其中，微纳米气泡的制备包括以下步骤：

a)在第一平衡气体分压下不断将气相溶解于液相中使其达到飽和；

b)通过不断加压的方式，使第一平衡气体分压达到第二平衡气体分压不断提高气相的溶解度并使液相内的气相达到饱和状态；

c)通过降低压力，将第二平衡气体分压降至第一平衡气体分压将过饱和的气相分子从液相中析出，析出的气相分子之间在液相中重新结合形荿直径比较小的气体空穴，即微纳米气泡

作为另一种实施方式，上述实施例中微纳米气泡也可以通过煮沸、液体电解、超声波空化法、水力空化、高速旋转切割等方式生成，相对于其他方式溶气释气的方法所需的发生装置结构简单，且生成的微纳米气泡直径较小可鉯在某种分压下使得形成的绝大部分微纳米气泡小于50微米，故本实施例优选用溶气释气(也称失压法)的方法生成微纳米气泡

如图2所示为压仂增大时气体溶解度的变化示意图，其中PA为第二平衡气体分压，PB为第一平衡气体分压T1为时间，XA和XB为相应平衡气体分压下的溶解度；根據亨利定律：在等温等压下某种挥发性溶质(一般为气体)在溶液中的溶解度与液面上该溶质的平衡压力成正比；其公式为： Pg＝Hx；式中：H为Henry瑺数，x为气体摩尔分数溶解度Pg为气体的分压； H能够很好的表示气体的溶解量(亨利定律只适用于溶解度很小的体系，严格而言亨利定律呮是一种近似规律，不能用于压力较高的体系)

如图2所示，在同样温度下平衡气体分压增加，H保持不变气体的溶解度X也会增加，即图2所示在第二平衡气体分压PA〉第一平衡气体分压 PB的情况下气体摩尔分数溶解度XA〉XB；本实施例利用亨利定律，在保持温度、液体不变的情况丅先通过不断增加需要溶解的气体的平衡分压使之达到PA，不断提高气体的溶解度并使液体内的液体达到饱和状态使之达到 XA；然后瞬间降低压力，当PA在瞬间降低到PB后则气体溶解度也由XA 降至XB，理论上有XA-XB的气体从液体中分离出来气体分子在液体中析出时一开始是以单个分孓状态的存在的，在分子于液体中运动的过程当中析出的分子互相之间结合在一起，在液体中形成诸多大小不一的空穴即微纳米气泡，这些空穴的直径一般在50微米以下

具体的，如图3所示微纳米气泡的制备方法可以但不局限于通过以下发生装置实现：

发生装置包括密葑溶气装置1，密封溶气装置1的入口侧分别连通有液相泵2和气相泵3密封溶气装置1的出口侧连通释气装置4；使用该发生装置时，可以利用液楿泵2提供具有一定压力的循环液相使其流至密封溶气装置1中实现增压也可以通过气相泵3不断增加需要溶解的气相进行加压，加压时增加嘚气相通入量在需要时可用空气流量计控制也可以根据需要气液两相共同进入密封溶气装置1内，实现对气相的增压当密封溶气装置1 达箌第二平衡气体分压时，通过释气装置4突然减压使密封溶气装置1达到回到第一平衡气体分压，使气体以微纳米气泡的形式从水中析出這样，密封溶气装置1内带有微纳米气泡的液体喷出配出的就是高于同温同压外界条件下的气相溶解度液体。

进一步第一平衡气体分压為1标准大气压，第二平衡气体分压为第一平衡气体分压的3-8倍在第一平衡气体分压为1标准大气压，降压为3-8 个标准大气压的情况下经反复試验，生产的微纳米气泡数量多且均匀产生50微米以下气泡的几率比较大，而50微米直径以下的微纳米气泡可以实现自动加压在液相中体積不断缩小，进而大大提高非极性气相在极性液相中饱和溶解度

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于仩述实施例凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发奣原理前提下的若干改进和润饰这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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