CN102657954A - 一种控水功能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种控水功能材料及其制备方法。该控水功能材料的基体为泡沫金属，该泡沫金属的表面具有一层聚全氟烷基硅氧烷薄膜，该聚全氟烷基硅氧烷薄膜的厚度为30-40nm。上述材料的制备方法包括以下步骤：将泡沫金属浸泡在浓度为1-5mol/L的硝酸中20分钟-1小时后取出，用去离子水进行清洗，烘干；将烘干的泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪反应室中进行两遍处理；将泡沫金属放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡24小时-48小时，利用无水乙醇进行清洗，烘干，在泡沫金属的表面形成一层聚全氟烷基硅氧烷薄膜，得到控水功能材料。该控水功能材料具有超疏水性和超亲油性，在工矿、石化、冶金、机械、环保等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种控水功能材料及其制备方法，尤其涉及一种基于泡沫金属的控水功能材料及其制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
经过几十年的发展和开采，我国油田的含水率不断上升，一些主力油田相继进入高含水开发中后期，很多油田含水率已超过90％。对于高含水油田，采出水处理费用通常占原油生产成本的75％以上。由于水从井筒提升至地面的能耗以及水处理费用越来越高，使油井生产达到经济极限而被迫废弃。此外，含油污水还将造成环境污染。例如在大庆油田，由于目前已进入高含水后期开发阶段，高含水而导致关井的油井越来越多，已经成为油田增效开采的障碍之一。控水是高含水后期控制油气生产成本、提高油田开发效益的必由之路。注水是我国油田自开发初期就一直坚持的特色技术，例如大庆油田从1960年会战开始就实行早期注水保持油层压力，到2007年，注水井18989口，分注率达到80.7％，平均单井层段数达到3.56层，是世界上分注率最高的油田之一，缓解了层间矛盾。我国虽然在注水应用规模和注水技术方面都处于国际领先水平，但随着油田相继进入注水开发后期，注入水无效循环日趋严重，水驱效率也越来越低。急需解决井下智能控水，大幅降低油田综合开采成本，减少无效水循环。
原油从地下开采出来都会含有水分，虽然在油田经过脱水处理，但输送到炼油厂的原油中仍然含一定量的水。原油含水过多会造成蒸馏塔操作不稳定，严重时甚至造成冲塔事故。原油含水多会增加热能消耗，例如对一座250万吨/年的原油蒸馏装置来说，原油含水量每增加1％，热能的消耗就增加700× 104千焦/时，同时也会增大冷凝冷却器和蒸馏塔的负荷，冷却水消耗量也随之增大。
除此之外，原油中所含的地层水都有一定的矿化度。当矿化度较高时，其中的碳酸盐会在管道和设备的内壁沉积结垢，久而久之使管道通径变小，甚至完全堵塞。当用管式加热炉或火筒炉加热矿化度较高的含水原油时，会因结垢而影响热能的传导，严重时会引起炉筒或火筒的过热变形，甚至酿成火灾事故。
因此，寻求既经济实用，又可以连续不断的清除油品中的水是分离过程中的一个重要课题。
CN101954203A所公开的技术方案中提到将柔性超疏水多孔材料置于油水乳液中进行吸附，然后用离心的方法除去柔性超疏水多孔材料表面的水及油水乳液，之后将柔性超疏水多孔材料经压轧获得油水乳液中的油。但是，该方法操作复杂，对设备要求较高，不利于大规模的生产。
CN102225273A公开了一种超疏水超亲油纸基分离材料的制备方法。该方法通过将滤纸浸泡在用硅烷化试剂改性后的粒径为24-36nm的二氧化硅纳米粒子溶胶溶液中，晾干后得到具有超疏水超亲油特性的滤纸。该制备方法工艺流程简单，对化学试剂利用较少，但对高粘度油水混合物处理效果不理想，不适合在石油、化工领域的应用。
Zhongxin Xue等(Zhongxin Xue，Shutao Wang，Ling lin，Li Chen，Mingjie Liu，LinFeng and Lei Jiang在“A Novel Superhydrophilic and Underwater SuperoleophobicHydrogel-Coated Mesh for Oil/Water Separation”，Advanced Materials，Volume 23，Issue 37，Page 4270-4273，October 4，2011)通过在100-400目的织物网的网丝上包覆具有微米厚度的水凝胶包覆层，制备出具有水下超疏油性质的油水分离网膜。该制备方法速度快、简单便捷，但对材料的尺寸、孔径都有一定的要求，同时水凝胶的制备需要多种化学药品，限制了该制备方法的实际应用。
综上所述，针对目前油田含水率高，油田综合开采成本大，以及注水技术中注入水无效循环等问题，开发一种新型的控水功能材料是本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种控水功能材料及其制备方法，通过在泡沫金属的表面复合一层薄膜得到一种具有良好超疏水特性和超亲油特性的控水功能材料。
为达到上述目的，本发明首先提供了一种控水功能材料，其中，该控水功能材料的基体为泡沫金属，该泡沫金属的表面具有一层聚全氟烷基硅氧烷薄膜，该聚全氟烷基硅氧烷薄膜的厚度为30-40nm。
在本发明所提供的控水功能材料中，优选地，薄膜所采用的聚全氟烷基硅氧烷的化学通式为CF3(CF2)nCH2CH2OSi(OCmH2m+1)3，n的取值范围为4-20，m的取值范围为1-4。
在本发明所提供的控水功能材料中，优选地，所采用的泡沫金属为开孔泡沫金属，并且，该泡沫金属的孔隙率在90％以上。开孔泡沫金属是一种具有三维立体网状结构的金属材料，如图9和图10所示。泡沫金属具有以下优点：重量轻、比重小：比重仅为同体积金属的1/50-3/5；高孔隙率：泡沫金属孔隙分布均匀，孔穴尺寸高度一致、孔隙度可调(40％-98％)；加工成型性能良好；比表面积大：泡沫金属的比表面积可达10-40cm2/cm3；孔径范围较大：通过工艺控制，可获得孔径在0.1微米至厘米级之间。泡沫金属具有渗流面积大、过流阻力小的特点，通过不同孔隙度的泡沫金属进行组合可以获得不同的控水需求。在本发明提供的控水功能材料中，通过采用具有这种结构的泡沫金属作为基体，可以实现现有的二维控水材料向三维控水结构材料的转变，获得超亲油、超疏水，具有良好控水能力的材料。
在本发明所提供的控水功能材料中，优选地，所采用的泡沫金属为镍、铜、铁、锌化铜、镍化铜、铁镍和镍镉等材质的泡沫金属中的一种或几种。
在本领域中，超疏水是指与水的接触角大于150°，超亲油是指与油的接触角小于5°。本发明所提供的控水功能材料，其与水的接触角可以达到150°以上，与油的接触角能够达到0°，故具有良好的超疏水性能和超亲油特性，具有良好的控水能力，能够用于与油水接触的地方，实现油水分离的目的。
本发明还提供了上述控水功能材料的制备方法，其包括以下步骤：
表面腐蚀处理：将泡沫金属浸泡在浓度为1-5mol/L的硝酸中20分钟-1小时后取出，用去离子水进行清洗，烘干；
低温等离子表面处理：将烘干的泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪反应室中进行两遍处理，其中，在第一遍处理中，背底真空度为9-20帕，高频功率为100-300瓦，放电时间为10-1000秒；在第二遍处理中，背底真空度为8-20帕，高频功率为100-300瓦，放电时间为10-1000秒；
成膜处理：将经过低温等离子体处理过的泡沫金属放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡24小时-48小时，利用无水乙醇进行清洗，烘干，在泡沫金属的表面形成一层聚全氟烷基硅氧烷薄膜，得到控水功能材料，其中，在聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中，聚全氟烷基硅氧烷的质量分数为1.0％-5.0％。
在本发明所提供的上述制备方法中，表面腐蚀处理的步骤主要是利用稀硝酸对泡沫金属进行表面处理，使其表面变得粗糙一些，优选地，表面腐蚀处理的步骤为：将长1-20cm、宽1-20cm、厚0.1-1cm的泡沫金属浸泡在100-300mL浓度为1-5mol/L的硝酸中20分钟-1小时后取出，用去离子水进行4-5次的清洗，然后在80-110℃下进行烘干。根据本发明的具体实施方案，更优选地，在表面腐蚀处理中，硝酸的浓度为4mol/L，硝酸用量为200mL，浸泡时间为0.5小时，烘干温度为90℃。
在本发明所提供的上述制备方法中，在低温等离子表面处理中，其具体操作可以是将经过稀硝酸腐蚀后的泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪(例如苏州奥米格机电科技有限公司生产的DT-01型)的反应室中，调节参数进行表面处理，等到低温等离子体表面处理仪的反应室中的灯光熄灭并发出蜂鸣声，代表等离子体处理过程结束。根据本发明的具体实施方案，优选地，在低温等离子表面处理的第一遍处理中，背底真空度为10帕，高频功率为200瓦，放电时间为600秒；在第二遍处理中，背底真空度为8帕，高频功率为180瓦，放电时间为40秒。
在本发明所提供的上述制备方法中，优选地，成膜处理的步骤为：将经过低温等离子体处理过的泡沫金属放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡24小时-48小时，利用无水乙醇进行5-7次的清洗，然后在80-110℃下烘干1-4小时，在泡沫金属的表面形成一层聚全氟烷基硅氧烷薄膜，得到控水功能材料。根据本发明的具体实施方案，优选地，在成膜处理中，烘干的温度控制为90℃，烘干的时间控制为2小时。
根据本发明的具体实施方案，在本发明提供的制备方法中所采用的无水乙醇均为分析纯的无水乙醇，乙醇质量分数≥99.7％。
本发明还提供了上述控水功能材料在油田采油中的应用。本发明所提供的控水功能材料可以应用于与含水的原油接触的接触面上，例如：滤油器出口、原油蒸馏装置的内壁等。
本发明对泡沫金属表面进行处理所得到的控水功能材料的表面粗糙程度相对于泡沫金属大大提高，通过扫描电镜照片(例如图3)可以观察到处理后的泡沫金属表面具有类似于荷叶表面的微米/纳米级复合结构。材料表面的这种微观结构对于材料表面的特殊浸润性具有决定性的作用，可以对材料表面的浸润性起到“放大”作用，即能使本身具有疏水特性的材料变得更加疏水，本身具有亲油性的材料变得更加亲油，因此，本发明所提供的控水功能材料可以被认为是一种具有纳米界面的泡沫金属，具有良好的超疏水和超亲油特性。
本发明所提供的控水功能材料由于具有超疏水的特性，故能让表面的污染物如灰尘等可以被滚落的水滴带走而不留下任何的痕迹，表现出类似荷叶的自清洁功能，可广泛应用于具有自清洁功能表面材料的油水分离处理。
本发明所提供的控水功能材料及其制备方法具有以下优点：
1、本发明提供的控水功能材料具有性能稳定、疏水效果好、亲油速度快的特性，可以用于油水分离、去除油液中的水分。
2、本发明提供的控水功能材料可以广泛地安装在滤油器的出口，能够连续不断的阻挡燃油和润滑油中的游离水。
3、本发明提供的控水功能材料具有良好的抗冲击性，可以广泛地的应用于石化、冶金等工作强度高的领域。
4、本发明提供的控水功能材料可以用在水中运输工具壳体上，能够有效减少水的阻力，提高航行速度，减少能源消耗。
5、本发明提供的控水功能材料的制备方法的反应过程比较温和、操作比较简便，易于控制，产率比较高，而且消耗的试剂量比较少，成本耗费低，具有绿色环保和对环境友好的特点。
总之，本发明提供的控水功能材料具有超疏水性和超亲油性，在工矿、石化、冶金、机械、环保等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明所提供的控水功能材料的制备方法的流程图；
图2为未经处理的镍泡沫金属的扫描电镜照片；
图3为实施例3提供的控水功能材料的扫描电镜照片；
图4为未经过处理的镍泡沫金属的接触角示意图；
图5为实施例3提供的控水功能材料的疏水性测试照片；
图6为实施例3提供的控水功能材料的亲油性测试照片；
图7为实施例3提供的控水功能材料的抗腐蚀性对比图；
图8为实施例3提供的控水功能材料的抗冲击特性测试图；
图9为不同孔隙度的开孔泡沫金属的图片；
图10为开孔泡沫金属的扫描电镜照片。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明提供的控水功能材料的制备方法可以按照以下步骤进行，其流程如图1所示：
(1)取长1cm-20cm(优选10cm)、宽1cm-20cm(优选5cm)、厚0.1cm-1cm(优选0.2cm)的泡沫金属，浸泡在100mL-300mL(优选200mL)物质量浓度为1mol/L-5mol/L(优选4mol/L)的稀硝酸溶液中，浸泡20分钟-1个小时(优选0.5小时)后取出，用去离子水反复冲洗4-5次，放入80℃-110℃(优选为90℃)的烘箱中干燥备用。
(2)将稀硝酸腐蚀后的泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪的反应室中进行两遍处理，第一遍处理的参数为：背底真空度9帕-20帕(优选10帕)，高频功率100瓦-300瓦(优选200瓦)，放电时间10秒-1000秒(优选600秒)；第二遍处理的参数为：背底真空度8帕-20帕(优选8帕)，高频功率100瓦-300瓦(优选180瓦)，放电时间10秒-1000秒(优选40秒)，等到低温等离子体表面处理仪的反应室中灯光熄灭并发出蜂鸣声，等离子体处理过程结束。
(3)取出经低温等离子体处理过的泡沫金属，放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡24小时以上，其中，聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中，聚全氟烷基硅氧烷的质量分数为1％-5％(优选4％)。
(4)将经过上述步骤处理的泡沫金属用无水乙醇反复清洗5次以上，放入80℃-110℃(优选为90℃)的烘箱中干燥0.5-4个小时(优选为2小时)，即可在镍泡沫金属的表面得到一层聚全氟烷基硅氧烷薄膜，得到具有油水分离特性的控水功能材料，其中，上述薄膜的厚度为30-40nm。
实施例1
本实施例提供了一种控水功能材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)取尺寸为10cm×10cm×0.5cm的镍基开孔泡沫金属，在100mL浓度为1mol/L的稀硝酸溶液中浸泡20分钟后取出，用去离子水反复冲洗4-5次，放入80℃的烘箱中干燥备用；经稀硝酸腐蚀后的开孔泡沫金属的电镜照片如图3所示，可以观察到处理后的开孔泡沫金属表面比较粗糙，与未经稀硝酸腐蚀处理的泡沫金属(如图2所示)的光滑表面明显不同。
(2)将稀硝酸腐蚀后的开孔泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪的反应室中进行两遍处理，第一遍处理的参数为：背底真空度9帕，高频功率100瓦，放电时间10秒；第二遍处理的参数为：背底真空度8帕，高频功率100瓦，放电时间10秒，等到低温等离子体表面处理仪的反应室中灯光熄灭并发出蜂鸣声，代表等离子体处理过程结束。
(3)取出经低温等离子体处理过的开孔泡沫金属，放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡24小时，其中，在聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中，聚全氟烷基硅氧烷的质量分数为1％。
(4)将经过上述步骤处理过的开孔泡沫金属用无水乙醇反复清洗5次，放入80℃的烘箱中干燥1.5小时，即可在镍基开孔泡沫金属的表面得到一层聚全氟烷基硅氧烷的薄膜，得到具有油水分离特性的控水功能材料，薄膜厚度为30nm。
实施例2
本实施例提供了一种控水功能材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)取尺寸为20cm×10cm×0.5cm的镍基开孔泡沫金属，在300mL浓度为5mol/L的稀硝酸溶液中浸泡1个小时后取出，用去离子水反复冲洗4-5次，放入110℃的烘箱中干燥备用。
(2)将稀硝酸腐蚀后的开孔泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪的反应室中进行两遍处理，第一遍处理的参数为：背底真空度20帕，高频功率300瓦，放电时间1000秒；第二遍处理的参数为：背底真空度20帕，高频功率180瓦，放电时间1000秒。
(3)取出经低温等离子体处理过的开孔泡沫金属，放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡30小时，其中，在聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中，聚全氟烷基硅氧烷的质量分数为5％。
(4)将经过上述步骤处理过的开孔泡沫金属用无水乙醇反复清洗7次，放入110℃的烘箱中干燥0.5小时，即可在镍基开孔泡沫金属的表面得到一层聚全氟烷基硅氧烷的薄膜，得到具有油水分离特性的控水功能材料，薄膜厚度为40nm。
实施例3
本实施例提供了一种控水功能材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)取尺寸为10cm×5cm×0.2cm的镍基开孔泡沫金属，在200mL浓度为4mol/L的稀硝酸溶液中浸泡0.5小时后取出，用去离子水反复冲洗6次，放入90℃的烘箱中干燥备用。
(2)将稀硝酸腐蚀后的开孔泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪的反应室中进行两遍处理，第一遍处理的参数为：背底真空度10帕，高频功率200瓦，放电时间600秒；第二遍处理的参数为：背底真空度8帕，高频功率180瓦，放电时间40秒。
(3)取出经低温等离子体处理过的开孔泡沫金属，放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡24小时，其中，在聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中，聚全氟烷基硅氧烷的质量分数为2％。
(4)将经过上述步骤处理过的开孔泡沫金属用无水乙醇反复清洗6次，放入90℃的烘箱中干燥2个小时，即可在镍基开孔泡沫金属的表面得到一层聚全氟烷基硅氧烷的薄膜，得到具有油水分离特性的控水功能材料，薄膜厚度为35nm。
图3为本实施例提供的控水功能材料的扫描电镜照片。
利用接触角测试仪(德国Dataphysics公司，OCA20型)对本实施例提供的控水功能材料表面的浸润性进行测试，可以测试出控水功能材料表面的疏水性和亲油性。测试过程：取一小块平整的控水功能材料样品置于接触角测量仪样品台上，打开接触角测量仪的开关，将接触角仪的光强调制合适的亮度，移动样品台，使样品在CCD上的投影达到最清晰；换上SNS注射针，通过OCA20软件控制接触角的出水量为2μL，滴在样品表面上，选择Sessile drop模式对静态接触角进行测量，测量角度的大小可以表征出控水功能材料表面的疏水性；亲油性的测试同上，将水针换成油针，同样选用Sessile drop模式对静态接触角进行测量，测量角度的大小表征出功能材料的亲油性。图5和图6分别为本实施例提供的控水功能材料的疏水性测试照片和亲油性测试照片。
未经处理的原始开孔泡沫金属与水滴的接触角为86.4°，如图4所示，而本实施例提供的控水功能材料与水滴的接触角为150.6°，如图5所示，可见本实施例提供的控水功能材料的表面为超疏水表面，该材料具有超疏水性。从图6可以看出，本实施例提供的控水功能材料的表面与油的接触角达到0°，说明该控水功能材料具有超亲油性。
采用pH＝7的氯化钠溶液、pH＝14的氢氧化钠溶液和pH＝1的盐酸溶液对本实施例提供的控水功能材料进行防腐蚀实验，其结果如图7所示，图中的液滴从左至右依次为pH＝7的氯化钠溶液、pH＝14的氢氧化钠溶液和pH＝1的盐酸溶液，由图7可以看出，本实施例提供的控水功能材料在pH为1-14的全范围内都有良好的抗腐蚀性。
对本实施例提供的控水功能材料进行抗冲击性测试，测试结果如图8所示，其中上面为油，下面为水。普通的控水功能材料不具有超疏水的特性使得水能从材料渗出，而本实施例提供的控水功能材料由于具有超疏水的特性，在多次使用后仍能具有良好的超疏水性，水不能从处理后的控水功能材料渗出，基于此原理进行了抗冲击性的测试，目的就是检验应用本实施事例提供的控水功能材料能承受多大的压强。
实验过程：将本实施例提供的控水功能材料用去离子水冲洗4-5次后放入90℃的烘箱中干燥后取出，取一个空心玻璃管，在管口的一段套上橡胶塞，用ABO胶将玻璃管橡胶塞的一端和干燥后的控水功能材料相粘接以确保水不会溢出(见图8)；向玻璃管中导入柴油和水的混合物；经过多次测试，本实施例提供的控水功能材料最多能承受4cm高的油水混合物，其中，玻璃管的外径为3cm，内径为2.6cm。由此可以看出，相比于普通的不锈钢丝和铁丝，本实施例提供的控水功能材料更能经受较大的冲击力。
实施例4
本实施例提供了一种控水功能材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)取尺寸为20cm×1cm×1cm的镍基开孔泡沫金属，在150mL浓度为2mol/L的稀硝酸溶液中浸泡40分钟后取出，用去离子水反复冲洗4次，放入100℃的烘箱中干燥备用。
(2)将稀硝酸腐蚀后的开孔泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪的反应室中进行两遍处理，第一遍处理的参数为：背底真空度15帕，高频功率250瓦，放电时间100秒；第二遍处理的参数为：背底真空度15帕，高频功率250瓦，放电时间100秒。
(3)取出经低温等离子体处理过的开孔泡沫金属，放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡30小时，其中，在聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中，聚全氟烷基硅氧烷的质量分数为3％。
(4)将经过上述步骤处理过的开孔泡沫金属用无水乙醇反复清洗5次，放入100℃的烘箱中干燥3小时，即可在镍基开孔泡沫金属的表面得到一层聚全氟烷基硅氧烷的薄膜，得到具有油水分离特性的控水功能材料，薄膜厚度为32nm。
实施例5
本实施例提供了一种控水功能材料，其是通过以下步骤制备的：
(1)取尺寸为15cm×10cm×0.7cm的镍基开孔泡沫金属，在150mL浓度为3mol/L的稀硝酸溶液中浸泡50分钟后取出，用去离子水反复冲洗4次，放入95℃的烘箱中干燥备用。
(2)将稀硝酸腐蚀后的开孔泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪的反应室中进行两遍处理，第一遍处理的参数为：背底真空度18帕，高频功率150瓦，放电时间400秒；第二遍处理参数为：背底真空度18帕，高频功率150瓦，放电时间400秒。
(3)取出经低温等离子体处理过的开孔泡沫金属，放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡40小时，其中，在聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中，聚全氟烷基硅氧烷的质量分数为4％。
(4)将经过上述步骤处理过的开孔泡沫金属用无水乙醇反复清洗8次，放入95℃的烘箱中干燥4小时，即可在镍基开孔泡沫金属的表面得到一层聚全氟烷基硅氧烷的薄膜，得到具有油水分离特性的控水功能材料，薄膜厚度为38nm。
实施例6
本实施例提供了一种控水功能材料，其中，本实施例与实施例3的区别仅在于：本实施例中采用的泡沫金属为铜基开孔泡沫金属，其他各个过程与实施例3完全相同。
实施例7
本实施例提供了一种控水功能材料，其中，本实施例与实施例3的区别仅在于：本实施例中采用的泡沫金属为铁基开孔泡沫金属，其他各个过程与实施例3完全相同。
实施例8
本实施例提供了一种控水功能材料，其中，本实施例与实施例3的区别仅在于：本实施例中采用的泡沫金属为锌化铜基开孔泡沫金属，其他各个过程与实施例3完全相同。
实施例9
本实施例提供了一种控水功能材料，其中，本实施例与实施例3的区别仅在于：本实施例中采用的泡沫金属为镍化铜基开孔泡沫金属，其他各个过程与实施例3完全相同。
实施例10
本实施例提供了一种控水功能材料，其中，本实施例与实施例3的区别仅在于：本实施例中采用的泡沫金属为铁镍基开孔泡沫金属，其他各个过程与实施例3完全相同。
实施例11
本实施例提供了一种控水功能材料，其中，本实施例与实施例3的区别仅在于：本实施例中采用的泡沫金属为镍镉基开孔泡沫金属，其他各个过程与实施例3完全相同。
Claims (10)
1.一种控水功能材料，其中，该控水功能材料的基体为泡沫金属，该泡沫金属的表面具有一层聚全氟烷基硅氧烷薄膜，该聚全氟烷基硅氧烷薄膜的厚度为30-40nm。
2.根据权利要求1所述的控水功能材料，其中，所述聚全氟烷基硅氧烷的化学式为CF3(CF2)nCH2CH2OSi(OCmH2m+1)3，n的取值范围为4-20，m的取值范围为1-4。
3.根据权利要求1所述的控水功能材料，其中，所述泡沫金属为开孔泡沫金属，并且，所述泡沫金属的孔隙率在90％以上。
4.根据权利要求1或3所述的控水功能材料，其中，所述泡沫金属为镍、铜、铁、锌化铜、铁镍和镍镉中的一种或几种。
5.权利要求1-4任一项所述的控水功能材料的制备方法，其包括以下步骤：
表面腐蚀处理：将泡沫金属浸泡在浓度为1-5mol/L的硝酸中20分钟-1小时后取出，用去离子水进行清洗，烘干；
低温等离子表面处理：将烘干的泡沫金属放入低温等离子体表面处理仪反应室中进行两遍处理，其中，在第一遍处理中，背底真空度为9-20帕，高频功率为100-300瓦，放电时间为10-1000秒；在第二遍处理中，背底真空度为8-20帕，高频功率为100-300瓦，放电时间为10-1000秒；
成膜处理：将经过低温等离子体处理过的泡沫金属放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡24小时-48小时，利用无水乙醇进行清洗，烘干，在泡沫金属的表面形成一层聚全氟烷基硅氧烷薄膜，得到所述控水功能材料，其中，在所述聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中，所述聚全氟烷基硅氧烷的质量分数为1.0％-5.0％。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述表面腐蚀处理的步骤为：
将长1-20cm、宽1-20cm、厚0.1-1cm的泡沫金属浸泡在100-300mL浓度为1-5mol/L的硝酸中20分钟-1小时后取出，用去离子水进行4-5次清洗，然后在80-110℃下进行烘干。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，在所述表面腐蚀处理中，硝酸的浓度为4mol/L，硝酸用量为200mL，浸泡时间为0.5小时，烘干温度为90℃。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在所述低温等离子表面处理的第一遍处理中，背底真空度为10帕，高频功率为200瓦，放电时间为600秒；在第二遍处理中，背底真空度为8帕，高频功率为180瓦，放电时间为40秒。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述成膜处理的步骤为：
将经过低温等离子体处理过的泡沫金属放入聚全氟烷基硅氧烷-无水乙醇的混合溶液中浸泡24小时-48小时，利用无水乙醇进行5-7次的清洗，然后在80-110℃下烘干1-4小时，在泡沫金属的表面形成一层聚全氟烷基硅氧烷薄膜，得到所述控水功能材料。
10.权利要求1-4任一项所述的控水功能材料在油田采油中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120912 |