CN106362439A - 具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法 - Google Patents

具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法 Download PDF

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Abstract

具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法属于功能材料技术领域，目的在于解决油水分离网膜或油水分离网制造过程较为复杂、价格昂贵、不能大面积制备以及使用有害溶剂的问题。本发明的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法包括以下步骤：步骤一：将金属网基底通过超声清洗去除表面残留物，将清洗后的金属网基底去除表面水分得到洁净的金属网基底；步骤二：利用激光加工技术，采用短脉冲激光器对步骤一中得到的洁净的金属网基底进行激光扫描处理，使金属网基底的网丝上形成微纳米级乳突结构和纳米级绒毛结构；步骤三：将步骤二经过激光加工处理后得到的金属网基底放入电热干燥箱内烘烤，得到油水分离的金属网。

Description

具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法。
背景技术
如今，水污染已成为一个严重的问题。污水不仅强烈污染环境和生态系统，而且还严重威胁到我们的生命和健康。例如，2010年，墨西哥湾发生了大量石油泄漏，导致海湾地区的环境下降和经济危机。2011年，蓬莱的19～3油田C平台约6.56升原油泄漏到中国北部的渤海湾。此外，工业过程中的废水，如石油化工，食品，纺织，皮革和机械加工行业，排放没有任何处理的污水，造成持久的不可挽回的生态破坏。为了解决这些问题，研究人员们越来越重视油/水混合物分离方面的研究。
公开号为CN102029079A、CN103100239A、CN103893999A、和CN103316507A的中国专利分别公开了具有超亲水与水下超疏油功能的油水分离网膜或油水分离网。虽然四种技术方案都具有油水分离的效果，但都存在着制造过程较为复杂，价格昂贵，不能大面积制备以及使用有害溶剂等不足，对环境的影响目前无法评估，难以在实际中大量应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法，解决现有技术存在的油水分离网膜或油水分离网制造过程较为复杂、价格昂贵、不能大面积制备以及使用有害溶剂的问题。
为实现上述目的，本发明的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法包括以下步骤：
步骤一：将金属网基底通过超声清洗去除表面残留物，将清洗后的金属网基底去除表面水分得到洁净的金属网基底；
步骤二：利用激光加工技术，采用短脉冲激光器对步骤一中得到的洁净的金属网基底进行激光扫描处理，使金属网基底的网丝上形成微纳米级乳突结构和纳米级绒毛结构；
步骤三：将步骤二经过激光加工处理后得到的金属网基底放入电热干燥箱内烘烤，得到油水分离的金属网。
步骤一中所述的超声清洗具体为：将金属网基底依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水分别进行超声清洗10min，以去除表面残留物。
步骤一中所述的将清洗后的金属网基底去除表面水分具体为：将金属网基底用冷风吹干或室温自然晾干。
所述的金属网基底为不锈钢网、铜网或钛网。
所述金属网的目数为50～1000目数。
步骤二所述的短脉冲激光器波长为570～1064nm，平均功率小于300W。
步骤二中激光加工过程时，激光频率可调，间距分别为10～100μm。
步骤三中所述的金属网基底放入电热干燥箱内烘烤，烘干温度为80℃，时间为20min。
本发明的有益效果为：
1)本发明所制备的油水分离金属网进行油水分离完全依靠重力和毛细管作用力，从而具有成本低廉、分离效果好、速度快，无需其他化学添加剂，无毒副作用及二次污染，自清洁抗油滴污染，网膜易回收多次重复利用，可用于大范围制备。
2)本发明所制备的油水分离金属网分离时水通量大，操作简单，除物质传递能耗外，无额外能源消耗，金属网表面具有自清洁功能，易于清洗和重复利用。
3)本发明的油水分离网膜的制备所采用的原材料均价廉易得，而且都没有毒性，环境友好，不会造成二次污染，也不会对操作者的身体产生伤害；
4)本发明制作工艺及设备简单，易于实现，适用于大范围大规模生产。
附图说明
图1为本发明的制造方法流程图；
图2为本发明的油水分离不锈钢网的微米级结构扫描电镜照片；
图3为本发明的油水分离不锈钢网的纳米级结构扫描电镜的放大照片；
图4为本发明的油水分离不锈钢网空气中水的接触角照片；
图5为本发明的油水分离不锈钢网水中油的接触角照片；
图6为本发明的油水分离不锈钢网分离油水混合物开始时的效果示意图；
图7为本发明的油水分离不锈钢网分离油水混合物结束时的效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1，本发明的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法包括以下步骤：
步骤一：将金属网基底通过超声清洗去除表面残留物，将清洗后的金属网基底去除表面水分得到洁净的金属网基底；
步骤二：利用激光加工技术，采用短脉冲激光器对步骤一中得到的洁净的金属网基底进行激光扫描处理，使金属网基底的网丝上形成微纳米级乳突结构和纳米级绒毛结构；
步骤三：将步骤二经过激光加工处理后得到的金属网基底放入电热干燥箱内烘烤，得到油水分离的金属网。
实施例一：
具有超亲水/水下超疏油性的油水分离不锈钢网的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将目数为50～1000目的不锈钢网基底依次放在盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的超声波清洗仪中进行超声清洗10min，去除表面残留物，超声频率为20～40KHz，功率范围为100～150W，清洗干净后，将所述不锈钢网基底用冷风吹干或室温自然晾干，得到洁净的不锈钢网基底；
步骤二：利用激光加工技术，采用波长为570～1064nm，平均功率小于300W的激光束对步骤一所得到的洁净不锈钢网基底进行激光扫描加工；激光的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制和设定，调节好相关的工艺参数后点击加工开关，激光频率可调，间距分别为10～100μm，开始加工，加工结束后，取出加工好的不锈钢网基底，在不锈钢网表面上形成均匀的微米与纳米复合结构，参见附图2和附图3；
步骤三：将步骤二所述经过激光加工处理后得到的不锈钢网基底放入温度为80℃的恒温恒湿电热干燥箱内烘烤20min，得到油水分离的不锈钢网。
本发明所制得的不锈钢网在水下油的接触角为155～163°，表现为水下超疏油性能。其中油是指二氯乙烷、三氯甲烷、溴乙烷、重油或大豆油。
参见附图4和附图5，对本发明的制备方法加工出的不锈钢网表面的润湿性进行了测试。对通过本发明制备得到的不锈钢网进行空气中水滴的静态接触角测量，用大小5μL的水滴进行了静态接触角测量，每个样品上测量3个不同位置，得到3个数据后求平均值得出空气中不锈钢网表面水的静态接触角为0°。此外，对通过本发明制备得到的不锈钢网进行水相中油滴的静态接触角测量，在不同的5个位置测量了静态接触角，静态接触角大于150°。
参见附图6和附图7，将步骤三中得到的不锈钢丝网放在100ml烧杯口，将二氯乙烷用苏丹三染成红色，与水按体积比20：1混合搅拌均匀，将油水混合液倒入该不锈钢丝网上，水源源不断向下渗透，而二氯乙烷始终阻挡在膜上，从而达到了油水分离效果。
实施例二：
具有超亲水/水下超疏油性的油水分离铜网的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将目数为50～1000目的铜网基底依次放在盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的超声波清洗仪中进行超声清洗10min，去除表面残留物，超声频率为20～40KHz，功率范围为100～150W，清洗干净后，将所述铜网基底用冷风吹干或室温自然晾干，得到洁净的铜网基底；
步骤二：利用激光加工技术，采用波长为570～1064nm，平均功率小于300W的激光束对步骤一所得到的洁净铜网基底进行激光扫描加工；激光的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制和设定，调节好相关的工艺参数后点击加工开关，激光频率可调，间距分别为10～100μm，开始加工。加工结束后，取出加工好的铜网基底。在铜网表面上形成均匀的微米与纳米复合结构。
步骤三：将步骤二所述经过激光加工处理后得到的铜网基底放入温度为80℃的恒温恒湿电热干燥箱内烘烤20min，即得到所述油水分离的铜网。
对本发明的制备方法加工出的铜网的润湿性进行了测试。对通过本发明制备得到的铜网进行空气中水滴的静态接触角测量，用大小5μL的水滴进行了静态接触角测量，每个样品上测量3个不同位置，得到3个数据后求平均值得出空气中铜网表面水的静态接触角为0°。此外，对通过本发明制备得到的铜网进行水相中油滴的静态接触角测量，在不同的5个位置测量了静态接触角，静态接触角大于150°。
将步骤三中得到的铜网放在100ml烧杯口，将大豆油用苏丹三染成红色，与水按体积比20：1混合搅拌均匀，将油水混合液倒入该铜网上，水源源不断向下渗透，而大豆油始终阻挡在膜上，从而达到了油水分离效果。
实施例三：
具有超亲水/水下超疏油性的油水分离钛网的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将目数为50～1000目的钛网基底依次放在盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的超声波清洗仪中进行超声清洗10min，去除表面残留物，超声频率为20～40KHz，功率范围为100～150W，清洗干净后，将所述钛网基底用冷风吹干或室温自然晾干，得到洁净的钛网基底；
步骤二：利用激光加工技术，采用波长为570～1064nm，平均功率小于300W的激光束对步骤一所得到的洁净钛网基底进行激光扫描加工；激光的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制和设定，调节好相关的工艺参数后点击加工开关，激光频率可调，间距分别为10～100μm，开始加工。加工结束后，取出加工好的钛网基底。在钛网表面上形成均匀的微米与纳米复合结构。
步骤三：将步骤二所述经过激光加工处理后得到的钛网基底放入温度为80℃的恒温恒湿电热干燥箱内烘烤20min，即得到所述油水分离的钛网。
对本发明的制备方法加工出的钛网表面的润湿性进行了测试。对通过本发明制备得到的钛网进行空气中水滴的静态接触角测量，用大小5μL的水滴进行了静态接触角测量，每个样品上测量3个不同位置，得到3个数据后求平均值得出空气中钛网表面水的静态接触角为0°。此外，对通过本发明制备得到的钛网进行水相中油滴的静态接触角测量，在不同的5个位置测量了静态接触角，静态接触角大于150°。
将步骤三中得到的钛网放在100ml烧杯口，将煤油用苏丹三染成红色，与水按体积比20：1混合搅拌均匀，将油水混合液倒入该钛网上，水源源不断向下渗透，而红色煤油始终阻挡在膜上，从而达到了油水分离效果。
本发明中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。可用于含油的污水的油水分离中应用。

Claims (8)

1.具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将金属网基底通过超声清洗去除表面残留物，将清洗后的金属网基底去除表面水分得到洁净的金属网基底；
步骤二：利用激光加工技术，采用短脉冲激光器对步骤一中得到的洁净的金属网基底进行激光扫描处理，使金属网基底的网丝上形成微纳米级乳突结构和纳米级绒毛结构；
步骤三：将步骤二经过激光加工处理后得到的金属网基底放入电热干燥箱内烘烤，得到油水分离的金属网。
2.根据权利1所述的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法，其特征在于，步骤一中所述的超声清洗具体为：将金属网基底依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水分别进行超声清洗10min，以去除表面残留物。
3.根据权利1或2所述的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法，其特征在于，步骤一中所述的将清洗后的金属网基底去除表面水分具体为：将金属网基底用冷风吹干或室温自然晾干。
4.根据权利1或2所述的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法，其特征在于，所述的金属网基底为不锈钢网、铜网或钛网。
5.根据权利1或2所述的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法，其特征在于，所述金属网的目数为50～1000目数。
6.根据权利1或2所述的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法，其特征在于，步骤二所述的短脉冲激光器波长为570～1064nm，平均功率小于300W。
7.根据权利1或2所述的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法，其特征在于，步骤二中激光加工过程时，激光频率可调，间距分别为10～100μm。
8.根据权利1或2所述的具有超亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制造方法，其特征在于，步骤三中所述的金属网基底放入电热干燥箱内烘烤，烘干温度为80℃，时间为20min。
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