CN105543793A - 等离子体配制疏水亲油材料表面方法 - Google Patents

等离子体配制疏水亲油材料表面方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，采用金属基面，首先进行表面抛光，然后在酒精溶液中进行清洗，最后选用溅射镀膜靶材作为等离子体磁控溅射的阴极靶进行沉积。本发明一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，具有技术构成简单，投资小、处理效果好，易于控制，沉积层面积大和附着力强。表面处理后形成的传送带、转盘等不影响接头处后期焊接加工，易于形成的便于工业化规模生产和广泛的推广应用各类高性能油水分离成套装备。

Description

等离子体配制疏水亲油材料表面方法
技术领域
本发明涉及一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法。
背景技术
环境保护和石油工业等众多领域需要先进的油水分离意装备，例如餐饮固体废物处理、贫油油田的石油开采、石油开采中的三次采油、石油泄漏事故的处理、含油工业废水的净、工业乳化液等。在实际应用中，油水混合物中的油相经常会以微小油滴(10微米以下)的形式存在，而传统的油水分离技术难以对其进行连续、高效和规模化的分离：例如广泛应用的吸附法等，通过疏水亲油传送带不断与含油污水的接触，捕捉槽液中的油污，转动装置带动疏水亲油传送带以特定的转速在槽内不停的旋转，将吸附的油脂经挤油口挤至储油桶内。由于疏水亲油材料技术方法不到位，设备成本和运行成本高，油水分离不彻底，吸附之后的成本高，分离油再次利用常常要添加额外物质并有可能引入新的污染。
现有疏水亲油传送带按制造的材料可分成天然和人工类两种：天然的吸油材料主要有黏土、无定形二氧化硅、木棉纤维和纸浆纤维等。这类材料依靠自身的孔隙，利用毛细管原理工作。其优点是原料丰富、质地轻、价格低、使用安全，但吸油量较小，往往吸油的同时也吸水，受压时油会再渗漏出来。
人工类材料又可分成非金属类和金属类两类。非金属类主要有有机聚合物纤维、凝胶型和树脂类，有机聚合物纤维主要包括聚丙烯、聚氨酯泡沫、烷基乙烯聚合物等。其原理是是利用自身具有疏水亲油的特征和聚合物分子间的空隙包藏吸油，优点是吸油速度快,吸油率较高,整体性好，方便使用及回收，但这类材料在油性介质中老化速度快，使用寿命不长，现场更换不方便，影响主设备的正常工作。金属类疏水亲油材料，能较好的解决使用寿命等不足，但吸油率不高，工效低，不能满足规模化的工程需要。
等离子体配制疏水亲油材料表面方法，获得金属带基的表面处理后具有很好的疏水和亲油的性能，各项指标完全符合生产的需要，可有效的进行油水分离。
区别于蒸发镀膜法，是把材料熔化成液体再镀膜，一般要1300度以上，属于典型的高温方法，具有较多的局限性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，具有技术构成简单，投资小、处理效果好，易于控制，沉积层面积大和附着力强。表面处理后形成的传送带、转盘等不影响接头处后期焊接加工，易于形成的便于工业化规模生产和广泛的推广应用各类高性能油水分离成套装备。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，采用金属基面，首先进行表面抛光，然后在酒精溶液中进行清洗，最后选用溅射镀膜靶材作为等离子体磁控溅射的阴极靶进行沉积。
所述金属基面采用不锈钢或铜质材料。
所述金属基面的形状为带状或圆盘状。
所述清洗方式采用超声波清洗。
所述靶材采用氧化物陶瓷靶材。
在沉积前先进行预溅射一段时间，以清洗靶面，预溅射时间为10min，再以高频电压85V清洗基面15min，加入反应气体N2和Ar，控制两种气体的压强比为3.6%，反应器内压强为3Pa。
一种油水分离装置，它包括转盘，所述转盘上设置有中心孔，所述转盘的两个侧面上分别覆盖有第一膜和第二膜，所述第一膜和第二膜采用权利要求所述方法制成。
所述中心孔为方孔。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明方法具有技术构成简单，投资小、处理效果好，易于控制，沉积层面积大和附着力强。表面处理后形成的传送带、转盘等不影响接头处后期焊接加工，易于形成的便于工业化规模生产和广泛的推广应用各类高性能油水分离成套装备；
2、本发明采用的沉积微粒团的能量很大，使用电子激发方式，把原子级别的粒子团从靶材上喷射出来，有效的解决了牢固度问题，而且，沉积过程中不需要增加温度，采用的是低温沉积技术；
3、本发明一是采用金属板材为基板，二是采用等离子磁控溅射法作用于金属材料表面，实现磁控溅射的沉积。实践证明经等离子磁控溅射法沉积后的表面具有很好的疏水和亲油性能，大批量生产的制成品性能好，耐腐蚀性能好，具有较大的推广应用价值。
4、用等离子体磁控溅射法将靶材的材料沉积在基体材料上，实现疏水亲油的功能的方法具有方法实施方便、工艺过程简单、实施成本低的特点；适合做成疏水亲油的靶材有较多的类型，如氧化物陶瓷靶材等，成本低，磁控溅射效果好；沉积成膜疏水和亲油功能效果显著、使用寿命长、性能稳定、免维护，管理推广应用极为方便；
5、本发明形成的油水分离装置工作效率高、效果十分显著、适用范围广泛，包括浓烈重油和薄层轻油等场合均有显著的油水分离效果；
6、本发明具有生产应用方便，成本低，易于大批量生产，具有广泛的应用价值。
附图说明
图1为本发明一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法成膜表面粗糙度Ra与N2/Ar混合气体压强的关系。
图2为本发明一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法成膜表面显微硬度HV0.05与N2/Ar混合气体压强的关系。
图3为本发明一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法形成转盘状产品的结构。
其中：
第一膜1
转盘2
第二膜3
中心孔4。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例中的一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，采用金属基面，材料如不锈钢、铜质材料等，形状如带状、圆盘状等，首先表面抛光，其次在酒精溶液中用清洗，如超声波法清洗，然后，选用合适的溅射镀膜靶材作为等离子体磁控溅射的阴扳（靶）进行沉积，选用的靶材有较多的类型，如氧化物陶瓷靶材等。
在沉积前，需预溅射一段时间，以清洗靶面如10min，再以高频电压85V洗基片一段时间，如高频电压85V清洗基片15min，并加入反应气体，如用N2和Ar等，控制两种气体的适当压强比，并达到所需的沉积率，如N2和Ar混合比：N2/Ar＝3.6%，反应器内压强为3Pa，沉积率约为5.5μm/h。
表1溅射工艺参数
N2 /Ar（%） 功率（W） 偏压（V） 靶材温度（Co） 沉积膜厚（μm）
3.6 400 85 245 65
通过控制溅射系统反应气体氮的分压强，控制真空室内空间氮的浓度，表面粗糙度随着氮气分压强的增大而增大，如附图1所示，随着N2/Ar混合气体压强的增大，表面粗糙度也会随之增加。
测定结果如表2所示，表中Ra、Rmax和Rz分别表示轮廓算术平均偏差、轮廓最大高度和微观不平度十点高度，如附图2所示，随着N2/Ar混合气体压强的增大，显微硬度HV0.05数据变化范围不大，在N2/Ar混合气体压强3Pa时出现最大值。
表2成膜表面粗糙度
将工件固定在工作台上，让镶有金刚石的尖端划刻探针在所加的负载压力下与薄膜表面接触，并将试样随工作台作水平直线移动，表面形成划痕，在显微镜下观察不同负载时得到不同划痕。当负载增加到60N时，出现使薄膜遭到破坏的临界负载。这是反映成膜与金属基片之间粘附作用的主要参量。
成膜上进行测试，水滴接触角为152.5o，滚动角为4.6o，说明具有很好的疏水性能并达到超疏水性。用注射器注射4μL食用油，油滴在1S后内形成的接触角为0o，说明具有很好的亲油性能。对比未进行等离子体磁控溅射沉积层的基层表面，同样条件的水滴接触角为145o，滚动角为12o。同样的上述条件的油滴，在1S后内形成的接触角为3o。表明了本方法的效果。
如图3所示，沉积成膜一1和膜二3分别覆盖在转盘2的两个侧面上，形成了具有疏水和亲油功能的新结构。转盘2的中心孔可以有多种形状，如图3中采用方孔4用于与转轴的连接和定位，当转轴在动力驱动下，转盘旋转，转盘旋转时与含油水的液体接触，转盘表面吸附油体，在刮油板和收油器配合下，收集混合液中的油被分离进入收油器，从而实现油水分离。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，其特征在于：采用金属基面，首先进行表面抛光，然后在酒精溶液中进行清洗，最后选用溅射镀膜靶材作为等离子体磁控溅射的阴极靶进行沉积。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，其特征在于：所述金属基面采用不锈钢或铜质材料。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，其特征在于：所述金属基面的形状为带状或圆盘状。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，其特征在于：所述清洗方式采用超声波清洗。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，其特征在于：所述靶材采用氧化物陶瓷靶材。
6.根据权利要求1所述的一种等离子体配制疏水亲油材料表面方法，其特征在于：在沉积前先进行预溅射一段时间，以清洗靶面，预溅射时间为10min，再以高频电压85V清洗基面15min，加入反应气体N2和Ar，控制两种气体的压强比为3.6%，反应器内压强为3Pa。
7.一种油水分离装置，其特征在于：它包括转盘（2），所述转盘（2）上设置有中心孔（4），所述转盘（2）的两个侧面上分别覆盖有第一膜（1）和第二膜（3），所述第一膜（1）和第二膜（3）采用权利要求（1）所述方法制成。
8.根据权利要求7所述的一种油水分离装置，其特征在于：所述中心孔（4）为方孔。
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