CN106731014A - 耐腐蚀不锈钢油水分离网及其制造方法和应用 - Google Patents
耐腐蚀不锈钢油水分离网及其制造方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种耐腐蚀不锈钢油水分离网及其制造方法和应用,属于功能材料技术领域。该油水分离网是以不锈钢网作为基底,采用短脉冲激光器对不锈钢网进行激光沉积处理后得到的。本发明还提供一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法。本发明还提供上述耐腐蚀不锈钢油水分离网在油水混合物的分离及含油污水的处理中的应用。本发明的油水分离网可用于盐、酸、碱体系的油水分离,且油水分离网分离时水通量大,分离效果好、速度快,操作简单,本发明的制造工艺简单易操作,无需其他化学添加剂,无毒副作用及污染,适用于大范围大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域,具体涉及一种耐腐蚀不锈钢油水分离网及其制造方法和应用。
背景技术
随着石油化工、石油开采、石油运输、机械制造等行业兴起,不可避免的产生大量含油污水。如果将这些污水直接排掉,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。此外,如果油料中含有游离水,会影响油料的品质,对机械设备造成严重腐蚀。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。
目前,油水分离技术领域中应用较多的是装备复杂、能耗较高的油水分离器。近年来受到荷叶具有超疏水、超亲油性能启发,基于特殊润湿性来实现油水分离的报道越来越多,这种技术是一种环境友好、节约型净化技术,同时具有易操作、低能耗、低成本等优点。
公开号为CN103316507A、CN102225273A和CN102029079A中国发明专利公开了油水分离网膜或油水分离网制造方法。虽然三种技术方案都具有油水分离的效果,但也存在着不同的不足,如制造过程较为复杂,价格昂贵,不能大面积制备和使用有害溶剂等,对环境的影响目前无法评估,难以在实际中大量应用。此外,由于在实际的油水分离过程中,油水体系通常比较复杂,常常含有腐蚀性的强酸、强碱或盐等,因此,亟需一种耐酸、碱或盐体系的油水分离网膜。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的油水分离网制造方法工艺复杂、使用有害溶剂的问题,而提供一种耐腐蚀不锈钢油水分离网及其制造方法和应用。
本发明首先提供一种耐腐蚀不锈钢油水分离网,该油水分离网是以不锈钢网作为基底,采用短脉冲激光器对不锈钢网进行激光沉积处理,即得到耐腐蚀不锈钢油水分离网。
本发明还提供一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,该方法包括:
步骤一:将不锈钢网进行清洗并晾干,得到洁净的不锈钢网;
步骤二:在工作平台上放置步骤一得到的洁净的不锈钢网,然后在不锈钢网上面放置石英玻璃作为约束层,以铜箔作为靶材紧贴于约束层下面;
步骤三:利用激光诱导精密沉积铜箔技术,采用短脉冲激光器对步骤二的不锈钢网样品进行激光沉积处理;
步骤四:将步骤三的激光加工处理后的不锈钢网进行清洗;
步骤五:将步骤四清洗后的不锈钢网放入恒温恒湿电热干燥箱内烘烤,即得到耐腐蚀不锈钢油水分离网。
优选的是,所述的步骤一将不锈钢网进行清洗是先将不锈钢网用丙酮超声清洗干净,然后用无水乙醇超声清洗,再用蒸馏水超声清洗干净。
优选的是,所述的超声清洗的超声频率为20~40KHz,功率范围为100~150W。
优选的是,所述的石英玻璃的尺寸为100mm×100mm×3mm,铜箔的厚度为10μm。
优选的是,所述的步骤三中激光沉积处理的参数为:激光器波长为570~1064nm,平均功率小于300W,激光频率可调,间距为10~100μm。
优选的是,所述的步骤四的清洗是先用无水乙醇对激光加工处理后的不锈钢网超声清洗,再用蒸馏水超声清洗干净。
优选的是,所述的超声清洗的超声频率为20~40KHz,功率范围为100~150W。
优选的是,所述的步骤五烘干温度为80℃,时间为20min。
本发明还提供上述耐腐蚀不锈钢油水分离网在油水混合物的分离及含油污水的处理中的应用。
本发明的有益效果
本发明首先提供一种耐腐蚀不锈钢油水分离网,该油水分离网是不锈钢网作为接收层,采用激光精密沉积技术制备耐腐蚀的油水分离网膜,由于该不锈钢网具有抗盐、抗强酸、抗强碱腐蚀的特性,因此,本发明不锈钢网可用于盐、酸、碱体系的油水分离;且本发明的油水分离网分离时水通量大,分离效果好、速度快。
本发明还提供一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造工艺,该工艺流程简单易操作,无需其他化学添加剂,无毒副作用及污染,适用于大范围大规模生产。
本发明还提供上述耐腐蚀不锈钢油水分离网在油水混合物的分离及含油污水的处理中的应用,该油水分离网分离时水通量大,分离效果好、速度快,操作简单,除物质传递能耗外,无额外能源消耗,且金属网易回收多次重复利用。
附图说明
图1为本发明采用短脉冲激光器制备耐腐蚀不锈钢油水分离网的工作原理示意图;
图2为本发明实施例1的耐腐蚀不锈钢油水分离网的水接触角示意图;
图3为本发明实施例1的耐腐蚀不锈钢油水分离网的油接触角示意图;
图4为本发明实施例1的耐腐蚀不锈钢油水分离网的700倍放大SEM图;
图5为本发明实施例1的耐腐蚀不锈钢油水分离网的2000倍放大SEM图;
图6为本发明实施例1的耐腐蚀不锈钢油水分离网的20000倍放大SEM图;
图中,1、约束层,2、熔融层,3、铜箔,4、接收层,5、工作平台,6、夹具,7、激光束,8、等离子体。
具体实施方式
本发明首先提供一种耐腐蚀不锈钢油水分离网,该油水分离网是以不锈钢网作为基底,采用短脉冲激光器对不锈钢网进行激光沉积处理,即得到耐腐蚀不锈钢油水分离网。
按照本发明,所述的不锈钢网的目数优选为50~1000目,所得到的油水分离网具有微结构,即具有纳米与微米的复合结构,微米尺度的网孔,网丝上形成的微米级乳突结构,以及纳米级绒毛结构。
本发明还提供一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,该方法包括:
步骤一:将不锈钢网进行清洗并晾干,得到洁净的不锈钢网;所述的清洗优选是先将不锈钢网用丙酮超声清洗干净,然后用无水乙醇超声清洗,再用蒸馏水超声清洗干净。所述的超声清洗的超声频率优选为20~40KHz,功率范围优选为100~150W;清洗时间分别优选为10min;所述的晾干是将清洗后的不锈钢网用冷风吹干或在室温下进行自然晾干;
步骤二:在工作平台5上放置步骤一得到的洁净的不锈钢网作为接收层4,然后在不锈钢网上面放置石英玻璃作为约束层1,以铜箔3作为靶材紧贴于约束层下面;如图1所示,通过夹具6固定石英玻璃;所述的石英玻璃的尺寸优选为100mm×100mm×3mm,铜箔的厚度优选为10μm;所述的工作平台为可调的,可调整工件位置,精度为5μm;
步骤三:利用激光诱导精密沉积铜箔技术,采用短脉冲激光器对步骤二的不锈钢网样品进行激光沉积处理;处理过程中在约束层1和铜箔3之间会形成熔融层2;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,开始加工;所述的激光沉积处理的参数优选为:激光器波长为570~1064nm,平均功率小于300W,激光频率可调,间距为10~100μm;
步骤四:将步骤三的激光加工处理后的不锈钢网进行清洗并晾干;所述的清洗优选是先用无水乙醇对激光加工处理后的不锈钢网超声清洗,再用蒸馏水超声清洗干净;所述的超声清洗的超声频率优选为20~40KHz,功率范围优选为100~150W;清洗时间分别优选为10min;所述的晾干是将清洗后的不锈钢网用冷风吹干或在室温下进行自然晾干;
步骤五:将步骤四清洗后的不锈钢网放入恒温恒湿电热干燥箱内烘烤,即得到耐腐蚀不锈钢油水分离网;所述的烘干温度优选为80℃,时间优选为20min。
本发明还提供所述的耐腐蚀不锈钢油水分离网在油水混合物的分离及含油污水的处理中的应用。如可用于含有二氯乙烷、三氯甲烷、煤油、大豆油以及重油等的油水分离。
下述结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明,实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1
步骤一:将目数为100目的不锈钢网依次放在盛有丙酮、酒精、去离子水的超声波清洗仪中分别清洗10min,超声频率为30KHz,功率范围为120W,清洗干净后,将所述不锈钢网用冷风吹干或室温自然晾干,得到洁净的不锈钢网;
步骤二:将尺寸100mm×100mm×3mm石英玻璃作为约束层,以10μm厚的铜箔作为靶材紧贴于约束层上,接收层采用的是步骤一所述得到的洁净不锈钢网,样品安装在三维微细工作平台上,可调整工件位置,精度为5μm;
步骤三:利用激光诱导精密沉积铜箔技术,采用波长为1064nm短脉冲激光器步骤一所述得到的洁净不锈钢网进行激光沉积处理,平均功率小于12W;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,电流密度为4A,激光频率为3.14kHz,间距分别为10μm,开始加工,加工结束后,取出加工好的不锈钢网,在不锈钢网表面上形成均匀的微米与纳米复合结构;
步骤四:将步骤三所述经过激光加工处理后得到的不锈钢网依次放在盛有酒精、去离子水的超声波清洗仪中分别清洗10min,超声频率为30KHz,功率范围为120W,清洗干净后,将所述不锈钢网用冷风吹干或室温自然晾干,得到洁净的不锈钢网;
步骤五:将步骤四所述经过激光加工处理后得到的不锈钢网表面放入温度为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不锈钢网。
对本发明实施例1制备方法加工出的不锈钢网表面的润湿性进行了测试。对通过本发明实施例1制备得到的不锈钢网进行空气中静态接触角测量,用大小5μL的液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大于150°(如附图2所示)。此外,对通过本发明制备得到的不锈钢网进行空气中油滴的静态接触角测量,在不同的3个位置测量了静态接触角,静态接触角为0°(如附图3所示)。
图4-图6为本发明实施例1的耐腐蚀不锈钢油水分离网的700倍、2000倍和20000倍放大SEM图;从图4-6可以看出,所得到的油水分离网具有微结构,即具有纳米与微米的复合结构,微米尺度的网孔,网丝上形成的微米级乳突结构,以及纳米级绒毛结构。
实施例2
步骤一:将目数为50目的不锈钢网依次放在盛有丙酮、酒精、去离子水的超声波清洗仪中分别清洗10min,超声频率为20KHz,功率范围为100W,清洗干净后,将所述不锈钢网用冷风吹干或室温自然晾干,得到洁净的不锈钢网;
步骤二:将尺寸100mm×100mm×3mm石英玻璃作为约束层,以10μm厚的铜箔作为靶材紧贴于约束层上,接收层采用的是步骤一所述得到的洁净不锈钢网,样品安装在三维微细工作平台上,可调整工件位置,精度为5μm;
步骤三:利用激光诱导精密沉积铜箔技术,采用波长为570nm短脉冲激光器步骤一所述得到的洁净不锈钢网进行激光沉积处理,平均功率小于12W;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,电流密度为4A,激光频率为3.14kHz,间距分别为100μm,开始加工,加工结束后,取出加工好的不锈钢网,在不锈钢网表面上形成均匀的微米与纳米复合结构;
步骤四:将步骤三所述经过激光加工处理后得到的不锈钢网依次放在盛有酒精、去离子水的超声波清洗仪中分别清洗10min,超声频率为20KHz,功率范围为100W,清洗干净后,将所述不锈钢网用冷风吹干或室温自然晾干,得到洁净的不锈钢网;
步骤五:将步骤四所述经过激光加工处理后得到的不锈钢网表面放入温度为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不锈钢网。
对本发明实施例2的制备方法加工出的不锈钢网表面的润湿性进行了测试。对通过本发明实施例2制备得到的不锈钢网进行空气中静态接触角测量,用大小5μL的液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大于150°对通过本发明实施例2制备得到的不锈钢网进行空气中油滴的静态接触角测量,在不同的3个位置测量了静态接触角,静态接触角为0°。
实施例3
步骤一:将目数为1000目的不锈钢网依次放在盛有丙酮、酒精、去离子水的超声波清洗仪中分别清洗10min,超声频率为40KHz,功率范围为150W,清洗干净后,将所述不锈钢网用冷风吹干或室温自然晾干,得到洁净的不锈钢网;
步骤二:将尺寸100mm×100mm×3mm石英玻璃作为约束层,以10μm厚的铜箔作为靶材紧贴于约束层上,接收层采用的是步骤一所述得到的洁净不锈钢网,样品安装在三维微细工作平台上,可调整工件位置,精度为5μm;
步骤三:利用激光诱导精密沉积铜箔技术,采用波长为1064nm短脉冲激光器步骤一所述得到的洁净不锈钢网进行激光沉积处理,平均功率小于12W;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,电流密度为4A,激光频率为3.14kHz,间距分别为80μm,开始加工,加工结束后,取出加工好的不锈钢网,在不锈钢网表面上形成均匀的微米与纳米复合结构;
步骤四:将步骤三所述经过激光加工处理后得到的不锈钢网依次放在盛有酒精、去离子水的超声波清洗仪中分别清洗10min,超声频率为40KHz,功率范围为150W,清洗干净后,将所述不锈钢网用冷风吹干或室温自然晾干,得到洁净的不锈钢网;
步骤五:将步骤四所述经过激光加工处理后得到的不锈钢网表面放入温度为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不锈钢网。
对本发明实施例3的制备方法加工出的不锈钢网表面的润湿性进行了测试。对通过本发明实施例3制备得到的不锈钢网进行空气中静态接触角测量,用大小5μL的液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大于150°对通过本发明实施例3制备得到的不锈钢网进行空气中油滴的静态接触角测量,在不同的3个位置测量了静态接触角,静态接触角为0°。
Claims (10)
1.一种耐腐蚀不锈钢油水分离网,其特征在于,该油水分离网是以不锈钢网作为基底,采用短脉冲激光器对不锈钢网进行激光沉积处理,即得到耐腐蚀不锈钢油水分离网。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,其特征在于,该方法包括:
步骤一:将不锈钢网进行清洗并晾干,得到洁净的不锈钢网;
步骤二:在工作平台上放置步骤一得到的洁净的不锈钢网,然后在不锈钢网上面放置石英玻璃作为约束层,以铜箔作为靶材紧贴于约束层下面;
步骤三:利用激光诱导精密沉积铜箔技术,采用短脉冲激光器对步骤二的不锈钢网样品进行激光沉积处理;
步骤四:将步骤三的激光加工处理后的不锈钢网进行清洗;
步骤五:将步骤四清洗后的不锈钢网放入恒温恒湿电热干燥箱内烘烤,即得到耐腐蚀不锈钢油水分离网。
3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,其特征在于,所述的步骤一将不锈钢网进行清洗是先将不锈钢网用丙酮超声清洗干净,然后用无水乙醇超声清洗,再用蒸馏水超声清洗干净。
4.根据权利要求3所述的一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,其特征在于,所述的超声清洗的超声频率为20~40KHz,功率范围为100~150W。
5.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,其特征在于,所述的石英玻璃的尺寸为100mm×100mm×3mm,铜箔的厚度为10μm。
6.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,其特征在于,所述的步骤三中激光沉积处理的参数为:激光器波长为570~1064nm,平均功率小于300W,激光频率可调,间距为10~100μm。
7.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,其特征在于,所述的步骤四的清洗是先用无水乙醇对激光加工处理后的不锈钢网超声清洗,再用蒸馏水超声清洗干净。
8.根据权利要求7所述的一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,其特征在于,所述的超声清洗的超声频率为20~40KHz,功率范围为100~150W。
9.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀不锈钢油水分离网的制造方法,其特征在于,所述的步骤五烘干温度为80℃,时间为20min。
10.权利要求1所述的耐腐蚀不锈钢油水分离网在油水混合物的分离及含油污水的处理中的应用。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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