日本SPG内压式微纳气泡发生器 MN-20S

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SPG微纳气泡发生技术
一、关于SPG气泡
“SPG气泡”是一种将压力气体从SPG膜的微孔中分散出来的方法；一般来说，液体中非常小的气泡称为“细气泡”，尺寸为1-100μm的气泡称为“微米气泡”，小于1μm的气泡称为“纳米气泡”。
SPG气泡的特点是通过改变SPG膜的孔径来改变气泡的大小，也适合于从微气泡中产生更大的毫米级气泡；此外，SPG气泡是一种“非常静态的生成方法”，不需要强烈的液体流动或液体本身的加压，它可以在不破坏液体中的微生物和大分子的情况下提供细小的气泡，或利用气泡悬浮的原理。

二、SPG气泡压力
SPG膜的气泡压力随孔径的变化而变化很大，孔径越小，产生气泡的压力越高，其压力与SPG膜孔中液体被挤出的“气泡点”压力相等，可以计算出来。
PB= 2 γ ●cos θ / R
PB：泡点压力；
γ：气相和液相之间的表面张力
θ：膜表面与液相之间的接触角。
R：SPG孔隙半径
下面的表格和图表计算了空气在水中冒泡时的压力。(γ= 72.75mN/m、θ=30°)

膜管孔径（μm）	PB压力（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专用模块(固定夹具)的存在，我们建议使用SPG膜孔径为0.3μm以上，同时压力可以控制在小于1MPa以下；气泡压力会随SPG模块的规格而发生变化，也会随SPG孔径发生变化。
● 压力的变化大取决于所用液体的表面张力和粘度；表面张力越小，压力就越低。
● 以上数值为挤压孔隙中液体所需的压力，一旦液体被挤出，气体穿过SPG孔隙，气泡就会在较低的压力下产生；一旦微孔中的液体被挤出，就会形成细小的气泡，从SPG孔隙中连续地产生，然后通过降低压力进行调整，同时检查气泡的状态。
● SPG气泡的机理是当SPG表面(包括孔隙内部)被液体浸湿时，由于表面张力的作用，气体在SPG表面(出口)上形成“气泡”，与气体的接触角增大，因此，如果有排斥液体的物质附着在SPG膜上，表面条件没有被液体浸湿，就不能获得理想的性能，会引起大气泡的产生。

三、SPG膜孔径与气泡大小的关系
SPG气泡的特点是通过改变SPG膜的孔径来控制气泡的大小，根据Kukizaki博士的研究，当0.3 wt%的SDS(阴离子表面活性剂)加入水中，有报道称Dp(气泡大小)=Dm (SPG膜孔径)x8.6，然而气泡是非常不稳定的，据说当气泡大小为50μm时，小气泡由于内部压力而自我收缩，相反大的气泡会膨胀，因此实际气泡的大小取决于所使用的液体类型(表面张力)、所使用的气体类型(易溶解性)、产生环境(膜装置表面地压力等)以及在液体中的停留时间。
因此Dp = Dm x N，我们认为有必要根据使用目的和使用方法来确定每一次的关系，气泡的大小受气液表面张力的影响很大，如果表面张力越大，气泡也越大，如果在水中加入降低表面张力的表面活性剂或者酒精，就很容易获得细小的气泡。
▲ SPG膜孔径(Dm)可以控制气泡直径(Dp)： Dm large=Dp large, Dm small=Dp small
▲ 气液表面张力：大=压力高= Dp大，小=压力低= Dp小
▲ 泡浮速度：Dp小慢，Dp大快
▲ 气液接触面积(气泡体积相同)：Dp小=大，Dp大=小
▲ 微气泡和毫米气泡都是不稳定的，不会保持一定的大小：Dp 50um以下=收缩，Dp 50um以上=膨胀

四、泡沫生成数量
基本上SPG气泡通过压力来控制*佳的良好气泡产生条件，这是因为压力的下降发生在SPG膜的孔径内部，所以气体的流量只能通过压力来控制；此时气体的渗透量取决于所使用的液体和气体，但与SPG膜的有效气泡面积成正比，如果你加倍使用SPG膜的长度(面积)，产生的气泡数量也将加倍。

SPG膜孔径0.3μm		SPG膜孔径0.5μm		SPG膜孔径1μm		SPG膜孔径5μm
压力KPa	流量ml/min	压力KPa	流量ml/min	压力KPa	流量ml/min	压力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

表中测量了各孔径的空气渗透压力和当时的流量。
采用SPG膜型: 膜管φ10mm，长度(有效长度)L105mm
*即使增加压力来增加流量，也只会出现大气泡，不会产生细气泡。

五、内压方式和外压方式
采用高强度管型10mmSPG膜管。有“内压”和“外压”两种用途，根据SPG膜的固定方法和SPG管道形状所衍生的强度，实际工作压力差别很大。

内压外压

	内压	外压
压力	*大0.3MPa	*大0.98Mpa(0.8MPa)
膜管	1μm或更多	0.3μm或更多
优点	●在不移动液体的情况下，气泡很容易分散在液体中。 ●适用于小容量烧杯测试(约100ml-2L)。 ●适合批量加工。 ●它可以用于液体，如微生物和聚合物，对冲击敏感。 ●便于使用的浮动分离。	●它可以在很小的SPG孔径下使用，并且比内压型更容易获得更细的气泡。 ●易于连接到供液管道。
缺点	与外压型相比，只能使用较大孔径的SPG。	需要用泵等强行送液，不适合微生物等使用。

*1:*大压力因使用的模块而异。
*2:在第2页的“气泡压力”中，根据使用压力来确定SPG的推荐孔径。当使用表面张力较低的液体时，可以使用较小的SPG孔径。

内压式微纳气泡发生器 MN-20S

-适用于小容量烧杯测试(约100ml-2L)。

压力	内压 *大0.3MPa
规格	管式Φ10mm,长度20mm有效长度L 10mm
孔径	1μm或其他
材质	不锈钢(SUS304, SUS316) FKM(O形圈)
加压气体管连接	外径6mm管件
尺寸	W: 62mm,H1:34mm,H2: 20 ~ 500mm
备注	H2(不锈钢管轴)长度可在20 ~ 500mm之间选择

*1、可使用的孔隙大小取决于液体(表面张力)和气体。
*2、主机不包括主压力表(气瓶、主压力调节阀)、阀门(停止器、排气口)、压力表、管道。
*3、可以选配管道、阀门、压力表和二次压力调节阀

加工定制：	是
品牌：	日本SPG
型号：	MN-20S
长度：	20 mm
直径：	10 mm