[发明专利]一种在微通道中调控不规则气泡形状的方法

说明书

本发明公开了一种在微通道中调控不规则气泡形状的方法，将设定量的CTAB、二氧化硅纳米颗粒、气泡调节剂和水的复配体系与气体通入微通道中；微通道为十字型，由两个液相通道、一个气相通道和一个混合通道相互连通构成，两个液相通道与混合通道相连通，混合通道与调控管相连通；液相入口、气相入口、液相通道、气相通道和混合通道的内径相同，均小于调控管内径；将复配体系作为连续相注入微通道液相入口，将气体作为分散相注入微通道气相入口，在调控管中得到连续的不同形状的气泡。本发明具有高效、装置简单、操作方便等优点，有利于促进非球形气泡在各个方面更深入研究，为非球形气泡在其他方面的应用提供了可能性。

技术领域

本发明涉及气泡调控领域，尤其是一种在微通道中调控不规则气泡形状的方法。

背景技术

近年来，由于泡沫在采矿、食品和油田等领域的广泛应用，引起了人们的兴趣和关注。传统的气泡总是以球形存在，这是由于表面张力通过减小表面积使气泡以一种能量最低的形式存在。因此生成稳定存在的非球形气泡仍然具有一定的挑战性。

目前，在气体微反应器、空腔材料和气体储存等研究领域，经常会根据实验条件，需要调控出具有一定特殊形状的气泡，然而现在对于调控气泡形状的研究很少，且调控的气泡大都为球型或椭球型，形状较为规则，对形状不规则的气泡进行调控的研究鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是针对实际情况中对于调控非球形气泡技术的缺乏，提供一种在微通道中调控不规则气泡形状的方法。该方法是一种全新的调控气泡形状方法，通过改变纳米颗粒的表面活性对气泡的形状进行精准控制，该方法简单易操作。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种在微通道中调控不规则气泡形状的方法，将设定量的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、二氧化硅纳米颗粒、气泡调节剂和水的复配体系与气体分别通入到微通道中；

所述微通道包括如下结构：液相入口、气相入口、液相通道、气相通道、混合通道和调控管；

所述微通道为十字型，由两个液相通道、一个气相通道和一个混合通道相互连通构成，所述液相通道、气相通道和混合通道位于同一平面上，所述气相入口与气相通道相连通，所述气相通道为直线型；所述气相通道和混合通道设置在一条直线上，所述液相通道为凵型，所述两个液相通道的一端均与混合通道和气相通道相互连通，所述两个液相通道的另一端均与液相入口相连通，所述混合通道与调控管的一端相连通，所述调控管的另一端与出口通道相连通；

所述液相入口、气相入口、液相通道、气相通道和混合通道的内径相同，均小于调控管内径；

将所述复配体系作为连续相注入微通道的液相入口，将气体作为分散相注入微通道的气相入口，在调控管中得到连续的不规则形状的气泡。

优选的，所述复配体系中十六烷基三甲基溴化铵的物质的量浓度为0.1mmol/L，所述二氧化硅纳米颗粒的质量分数为2％，所述气泡调节剂为盐酸、氢氧化钠或氯化钠。

优选的，当所述气泡调节剂为盐酸或者氢氧化钠时，所述复配体系的pH值范围为4至9.9。

优选的，当所述气泡调节剂为氯化钠时，所述复配体系中氯化钠的质量分数为0.12-2.76mg/ml。

优选的，所述复配体系的配制步骤为：室温下，根据所需气泡形状，配制十六烷基三甲基溴化铵水溶液；将二氧化硅纳米颗粒逐滴加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，搅拌并超声，使其充分溶解，得到混合体系；向混合体系中加入气泡调节剂，搅拌均匀，即得复配体系。

优选的，所述气体为氮气、二氧化碳和或甲烷。

优选的，所述调控管内径为混合通道内径的3-5倍。

优选的，所述二氧化硅纳米颗粒的粒径为13nm，具有负电荷的亲水型纳米颗粒，所述水为超纯水。