[发明专利]增加液体中的溶解气体量并保持这一增加量直到使用的方法和系统

说明书

                   发明领域

本发明涉及一种增加液体中溶解的气体量，并保持在溶液中溶解气体的大部分增加量，直到气/液溶液被输送到使用点的方法和系统。更具体地，本发明涉及一种通过加压混合并且输送气体和液体来增加液体中的溶解气体量的方法和系统。另外，通过在使用点使气/液溶液进行受控分配，维持溶液中气体的大部分增加量。

                   发明背景

臭氧由于其出色的氧化活性早就被认为是一种特别有用的化学用品。事实上，臭氧是已知的氧化性化学物质的第四强，其氧化电位为2.07伏特。由于这一性质，臭氧和/或含有臭氧的流体混合物能从表面除去多种污染物，如氰化物、酚、铁、锰以及清洁剂等。另外，臭氧和/或含有臭氧的流体混合物能氧化表面。具体地，在半导体工业中，臭氧水用于“清洗”即氧化正在处理中的硅晶片表面。另外，臭氧也可用于抑制、降低和/或消除各种水溶液系统中的生物量、霉菌、植物霉(mildew)、藻类、真菌类、细菌生长和水垢的积累。当用于这种方式时，比起氯化作用来，臭氧化作用的优点是产生更少量的可能有害的残余物，氯化作用在水溶液系统中留有不希望的氯化残余物。

由于这些广泛的性能，臭氧在许多不同的过程中都有应用。例如，臭氧被用作处理饮用水的杀菌剂。另外，在酿洒工业中，臭氧用于灭菌，在污水处理工业中，它用于进行臭味控制。最后，臭氧水在半导体工业中具有广泛应用，例如，臭氧用于对处理中的硅晶片进行清洗和表面修整。另外，如美国专利US 5378317所述，臭氧水可用于从硅晶片表面除去有机物质，如光致抗蚀剂。再者，在半导体工业中臭氧水用于在硅晶片表面形成薄的、钝化的氧化层。

在这些应用中使用臭氧水具有许多优点。首先，由于臭氧水是在使用点产生的，它不含污染物如颗粒和金属，这些物质通常存在于桶装或罐装的化学物质中。臭氧水也比其它氧化性化学物质便宜，另外由于臭氧水自然分解，使用臭氧水不存在处理问题。但是在各种应用中臭氧的效果却因它在水溶液中低的溶解度及短的半衰期(大约10分钟)而受到不利影响。即在水溶液中不仅难以溶解臭氧，而且溶解以后，也难以将臭氧保持在溶液中。

虽然已知几种增加水溶液中臭氧溶解量的方法，但是每种现有技术方法均有局限性，使得它们不足以用于某些应用中。例如，在常压下使臭氧直接鼓泡进入水中为一种在水溶液中溶解臭氧的方法。但由于在大量臭氧被溶入溶液中之前/或在臭氧水被用于处理表面之前臭氧气泡会冒出，因此这种技术不能优化臭氧溶解量。

另外，已公开的欧洲专利申请EP 0430904 A1公开了一种生产臭氧水的方法，其中包括在一个确定体积的容器内使含有臭氧的气体与小水滴接触的步骤。但由于这种方法限制了含有臭氧的气体和水的接触，因此它不是最佳的。也就是说，当容器中充满水时，含有臭氧的气体与小水滴之间的接触时间被缩短了，导致只有少量的臭氧被溶解到溶液中。另外，该申请没有给出一种保持溶液中的臭氧直到溶液被输送到使用点的方法。因此，在输送过程中，溶液中溶解的大量臭氧可能会冒泡逸出，从而失去混合方法的好处。

最后，还提出了几种利用冷却来增加水溶液中的臭氧溶解量的方法。例如，美国专利US 5186841公开了一种在压降至少为35psi时，向水溶液物流中注入臭氧来制备臭氧水的方法。然后臭氧化物流与第二股物流混合，该第二股物流优选为在冷却水系统内循环的水溶液的一部分。迫使所形成的物流以每秒7英尺的速度流过一段足以使70％的臭氧被吸收的距离。另外，美国专利US 4172786公开了一种通过向循环部分冷却水的侧线物流管路中注入含有臭氧的气体来增加水溶液中的臭氧溶解量的方法。然后将注入臭氧的水在塔下水池中与冷却水混合，从而得到臭氧水。最后，美国专利US 5464480公开了一种利用臭氧水除去半导体晶片上的有机物质的方法。具体地，该专利指出，适用于所公开的方法的高浓度臭氧水可以通过将臭氧与水在大约为1-15℃的温度下混合得到。

虽然美国专利US 5186841、US 4172786和US 5464480所公开的系统宣称增加了水中的臭氧溶解量，但更可能的是许多臭氧冒泡进入大气中和/或转化成氧气，而不是溶解在水中。因此，这些系统需要使用大量的臭氧，相应地使它们费用较高。另外，这些专利没有公开在使用点优化臭氧浓度的方法，因此，即使因为冷却溶液而增加了臭氧溶解量，在使用点臭氧也可能从溶液中冒泡逸出。