CN102978623B - 防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结在金属壁面的方法和该金属壁面及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够有效防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面及其制备方法。该防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面，是在金属壁面具有直径或当量直径为2μm-9μm的突起，突起之间的间距25-32μm。该防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面的制备方法，是将金属板材清洗干净后，以酸溶液进行刻蚀，然后把刻蚀后的金属板材放入氟硅烷-乙醇溶液中浸泡，再取出烘干。本发明还提供一种防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结在金属壁面的方法，是采用上述的防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面作为输送通道的壁面。

Description

防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结在金属壁面的方法和该金属壁面及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面及其制备方法，还涉及防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结在金属壁面的方法。

背景技术

对于以湿空气、蒸汽或其他气态含能工质作为介质，对于固体散碎状（颗粒状）物料进行气力输送、气固分离及除尘、通风、暖通与制冷等工程中，含尘气流中的粉粒体因其自身表面能与内聚力和因介质中以气态形式存在的液体蒸发凝结，致使粉尘颗粒在各构件金属材质的壁面上的粘结而难以清除。此外，这一粘结现象还发生于物料干燥尾气、工业与民用领域用热设备排气的余热回收利用的热交换装置中。

在具有一定含湿量的散碎状颗粒物或湿含量的介质的各类气固处理的作业中，细小颗粒物因颗粒物表面能而使其在壁面上粘附、因介质中水蒸气“遇冷”在壁面“结露”而使已附着在壁面上的粉尘颗粒“粘结”。颗粒物在壁面的附着、粘附，遇到液体后在其上粘结，造成在气流通道内的堆积、堵塞和增加设备的气流阻力。粘结受干燥介质的作用被高温碳化甚至引发燃烧，影响余热回收利用热交换装置的换热效率。迄今，在环保、冶金、建材、通风、暖通、木材加工（含人造板、家具、木质板等木制品）等工业领域，为消除颗粒物的粘附所带来的影响，迄今采用的是机械振打、风力清吹的人为清除方法，即先“粘附”以至于“粘结”后再清除，清除的效率和效果不理想。在水或液体的作用下，减小或有效地降低细小颗粒物试图粘附、粘结于壁面的结合力，将是防止其粘附、粘结的有效的途径和方法。即使是附着在壁面上，因附着力的降低也便于彻底清除。

对于具有一定温度的含尘气体的余热回收利用的换热器，粉尘的附着于换热面是不可避免的，在冶金行业硅铁电炉高温烟气余热利用中的热交换器，常因管内污垢系数上升、换热面粘附粉尘而实效。为清除换热面上的粘附的粉尘，采用脉冲喷吹自动清灰装置，这一方法只是解决高温烟气尾气余热利用中换热面的积灰，并没有涉及含湿度、含尘工业用热设备尾气的余热回收利用中遇到问题，即粉尘“粘附”换热面、且遇到水蒸气或水或可润湿粉尘的其他液体而“粘结”于换热面。

在常温环境下，对于建筑玻璃墙面、化学分析的载玻片，为防止玻璃表面的粉尘附着和粘附，采用的方法是在玻璃表面以化学试剂对玻璃表面进行预处理，以达到防尘保洁的目的。

解决电除尘器中粉尘粘结于电极的问题，采用方法是在电极表面涂以涂层材料，试图以降低粉尘在电极上的附着的粘结力。

在钢铁厂铁矿烧结车间抽风系统中，遇到烧结热量作用致使抽尘气流温度高且所含水汽偏大，产生风管外面的冷气作用使风管内表面累积一层粘结强度高的尘垢，影响正常生产，解决这一问题的方法是采用夹层风管预防内表面累积尘垢。

在与粉尘于固体表面“粘附”、或“粘结”相关的其他领域，解决的方法有：对离心风机叶轮的粉尘粘附的机理研究、微颗粒在其表面粘附的力学模型与粘附数值模拟；建筑玻璃表面粉尘的粘附与清洁机理探讨；建筑物外墙粘污机理与保洁实验研究；化学试剂预处理玻璃表面防尘保洁实验；干态的电除尘器、布袋除尘器（又称袋式除尘器）、对喷流除尘技术中粉尘粘附问题致使其失效以及粉尘粘附性能的研究；利用粉尘粘附性能研制的化学抑尘剂；高耐候及高耐沾污性外墙乳胶涂料的研制。

尚未检索到通过对金属材质的气流通道表面进行疏水性处理的方法，以解决粉尘附着、遇到水或水蒸气后“粘结”和不易清除所带来的诸多问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面。

该防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面，是在金属壁面具有直径或当量直径为2μm -9μm的突起，突起之间的间距25-32μm。

上述的防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面，突起直径或当量直径为2μm -5μm。

本发明的有益效果：本发明使其金属壁面形成直径或当量直径为2μm -9μm、间距25-32μm的“突起”状超微粗糙表面，使其与水的接触角大于150°，而具有疏水特性。

本发明同时提供了一种防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面的制备方法。

该防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面的制备方法，是将金属板材清洗干净后，以酸溶液进行刻蚀，然后把刻蚀后的金属板材放入氟硅烷-乙醇溶液中浸泡，再取出烘干。

上述的防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面的制备方法，所述金属板材为铝材，刻蚀时以4mol/L盐酸溶液刻蚀6-8min，再用氟硅烷-乙醇溶液将刻蚀过的铝材浸泡20-30min。以4mol/L盐酸溶液刻蚀6-8min即可在铝材表面形成直径或当量直径为2μm -9μm的突起，突起之间的间距25-32μm。当盐酸溶液的浓度达到4.0mol/L时，所得到的表面表现出较好疏水性；当溶液浓度过低时，由于反应的速度缓慢，壁面微观粗糙结构的形成受到一定影响，难以实现超疏水性；当溶液浓度过高时，接触角的数值变化并不大，并且由于反应的速度过快，可能致使表面上各个区域刻蚀不均，从而使同一表面上的疏水性不同；而且由于反应剧烈，使得反应结束的时间不容易控制，从而对刻蚀结果产生一定的影响。盐酸刻蚀可增大氟化处理表面的接触角，刻蚀时间越长接触角越大，但当盐酸刻蚀时间超过10min时，进一步延长刻蚀时间水滴在壁面上的接触角变化并不大，且开始逐渐下降，因而刻蚀时间以6~8min为宜。

固体表面的润湿性能主要受表面化学组成的影响，固体表面自由能越小，越不易于被一些液体所润湿。本专利所用氟硅烷-乙醇溶液配置如下：首先将十三氟辛基三乙氧基硅烷和水按体积比为l:49混合配制成2％的中间溶液，然后用冰乙酸调节中间液的PH值至3～3.8，再用无水乙醇将中间液稀释至1%(十三氟辛基三乙氧基硅烷占整个溶液的体积百分比)的十三氟辛基三乙氧基硅烷溶液，最后，将所配制溶液在室温下充分搅拌5小时左右，使其形成均匀透明液体。十三氟辛基三乙氧基硅烷由于表面自由能很小，对固体材料进行化学修饰，可以降低固体的表面自由能，从而使固体表面疏水化。

优选，刻蚀完成后用氟硅烷-乙醇溶液浸泡之前，用去离子水冲洗其表面，再用超声波振荡清洗，除去表面残留反应生成物，然后在100℃左右烘干。优选，在刻蚀之前清洗时依次用丙酮、去离子水清洗，再以超声波振荡清洗，然后将铝材浸入到氢氧化钠溶液中去除表面氧化层。铝材表面有一层起防腐蚀作用的致密氧化层，盐酸并不能将其腐蚀掉，而氢氧化钠溶液可以表面氧化层，因此首先采用氢氧化钠来表面氧化层。

上述的防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面的制备方法，所述金属板材为钢材，刻蚀时以盐酸、硝酸和氢氟酸按体积比15:5:1 混合配置成的刻蚀溶液进行刻蚀，时间11-13min；盐酸、硝酸和氢氟酸的质量百分比浓度分别是36-37%，66-67%，39-41%。当盐酸、硝酸和氢氟酸的体积比为15:5:1，刻蚀时间为11-13min时刻蚀效果达到最佳，此时钢片表面形成了类似于荷叶的微米亚微米级的粗糙结构，出现了最佳的超疏水性。

优选，刻蚀之前，把钢材表面以砂纸打磨后，再以超声波清洗清洗，然后用6g/L 的氢氧化钠溶液和去离子水冲洗钢材以去除油脂及一些表面杂质，然后将钢材以超声波清洗。砂纸打磨可起到清理材料表面杂质的作用。

本发明同时提供了一种防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结在金属壁面的方法。

本防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结在金属壁面的方法，是采用上述的防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面作为输送通道的壁面。具体地说，本发明是把防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面作为输送含湿粉尘的气流通道表面，解决了含尘气流中的粉尘易附着于气流通道表面、且遇到水或水蒸气后易粘结不易清除得问题。本发明可以作为以空气、蒸汽或其他气态含能工质作为介质，用于固体散碎状（颗粒状）物料的气力输送、仓存、排供料、气固分离及除尘、通风、暖通与制冷等工程中，防止粉尘在其各类构件及材质的内表面粘结的方法。

附图说明

图1是本发明中具有疏水特性的材料表面“突起”分布示意图；

图2是本发明中具有疏水特性的材料表面“突起”构造剖面示意图；

图3是本发明中水在疏水性材料表面形成的接触角及其形态。

具体实施方式

实施例1：疏水性铝材的制备

1、将铝材板块分割成20mm×20mm×1mm 的矩形块，之后依次用丙酮、去离子水清洗三遍，超声波振荡清洗15 分钟，然后将其浸入到氢氧化钠溶液中去除表面氧化层。

2、将经上述过程处理后的铝片在室温(约20℃)下用4mol/L盐酸溶液进行化学刻蚀7min。刻蚀完成后，用去离子水冲洗其表面，然后再用超声波振荡清洗，除去表面残留反应生成物，最后将处理好的铝片在烘箱中100℃左右烘干。

3、将烘干的铝片放入配置好的氟硅烷-乙醇溶液中，浸泡25min，然后放入烘箱中，在100℃下烘干15 分钟，即得到了具有超疏水性质的铝表面,参见图1-3，其表面形成当量直径L为2μm -5μm的突起1，突起之间的间距T为25-30μm的微观结构，水滴2在该铝片表面上的接触角θ达到了 156°。

实施例2：疏水性钢材的制备

1、将尺寸为20mm×20mm×1mm 的钢片用180#的水磨砂纸进行打磨，再用240#的砂纸打磨，打磨后将其放入超声波清洗机中清洗5min 左右，再分别用6g/L 的氢氧化钠溶液和去离子水冲洗以去除油脂及一些表面杂质，然后将其放入超声波清洗机中清洗15min 左右。

2、将打磨清洗好的钢片浸入到由盐酸（质量百分比浓度37%）、硝酸（质量百分比浓度66.8%）和氢氟酸（质量百分比浓度40%）按体积比15:5:1 混合配置的刻蚀溶液中进行刻蚀，时间为12min，反应在室温(约22℃)下进行。刻蚀完成后将钢片放入超声波清洗机中清洗30min 左右，烘干。

3、最后将刻蚀后的钢片放入预先配置好的氟硅烷-乙醇溶液中，室温下浸泡25min 后取出，放入烘箱中，120℃下烘干15min 左右，即得到了具有超疏水性质的钢表面，参见图1-3，其表面形成当量直径L为2μm -5μm的突起1，突起之间的间距T为28-32μm的微观结构，水滴2在该钢片表面上的接触角θ达到了158°。

为解决高湿含尘气流中粉尘颗粒在金属壁面上的粘结问题,本发明将金属材质构件表面刻蚀成具有一定疏水性的表面，达到防止粉尘在金属表面粘结的效果。本发明明显增加了铝材、钢材的表面疏水效果，被处理后金属表面对水具有较大的接触角θ和较小的滚动角，将具有超疏水性的铝材、钢材应用在输送管道或换热器上，可使高湿环境下产生的积灰由于水珠的下落而被带走。

Claims (2)

1.防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面，其特征是：在金属壁面具有直径或当量直径为2μm -9μm的突起，突起之间的间距25-32μm；

所述金属壁面的制备方法如下：将金属板材清洗干净后，以酸溶液进行刻蚀，然后把刻蚀后的金属板材放入氟硅烷-乙醇溶液中浸泡，再取出烘干；

所述金属板材为钢材，刻蚀时以盐酸、硝酸和氢氟酸按体积比15:5:1 混合配置成的刻蚀溶液进行刻蚀，时间11-13min；盐酸、硝酸和氢氟酸的质量百分比浓度分别是36-37%，66-67%，39-41%。

2.如权利要求1所述的防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面，其特征是：突起直径或当量直径为2μm -5μm。

3. 防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结在金属壁面的方法，其特征是：采用权利要求1或2所述的防止以气态介质输送的含湿粉尘粘结的金属壁面。