CN109332186A - 一种亲疏水微小颗粒分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亲疏水微小颗粒分离装置，特点是包括板状悬挂架，板状悬挂架的底部均匀分布有若干个亲水竖直平板，亲水竖直平板的底部固定设置有开口向上的喇叭口状过滤网；亲水竖直平板浸入水中时，相邻的亲水竖直平板之间形成凹形弯曲液面，亲水颗粒朝亲水竖直平板移动且在亲水竖直平板上聚集，亲水颗粒聚集区域在喇叭口状过滤网的开口范围内，疏水颗粒朝凹形弯曲液面的中间低处移动且在凹形弯曲液面的中间低处聚集；优点是具有自发分离、灵敏度高、结构简单、分离量大、无需维护、制造方便及轻便可靠。
Description
技术领域
本发明涉及疏水微小颗粒分离领域，尤其是涉及一种亲疏水微小颗粒分离装置。
背景技术
随着一些精密仪器尺寸越来越小，通常在宏观尺度被忽略的毛细张力越来越重要。甚至在毛细尺寸下成为一个主要的作用力。那么表面的亲疏水性能就在这些微小的紧密仪器中显的尤为关键。那么，制备这些具有特殊亲疏水性的基础微颗粒就需要通过一定手段分离出来。现有的颗粒分离筛选手段，一方面是利用颗粒的密度不同通过旋转沉积等方法进行分离；另一方面，根据矿物粒度的分布不同，通过一定孔径的过滤筛，将大小不同的颗粒进行分离，但是缺乏一种针对颗粒表面亲水性能的分离的装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有分离效率高、结构简单、能耗少、分离量大、制造方便及轻便可靠的亲疏水微小颗粒分离装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种亲疏水微小颗粒分离装置，包括板状悬挂架，所述的板状悬挂架的底部均匀分布有若干个亲水竖直平板，所述的亲水竖直平板的底部固定设置有开口向上的喇叭口状过滤网；所述的亲水竖直平板浸入水中时，相邻的所述的亲水竖直平板之间形成凹形弯曲液面，亲水颗粒朝所述的亲水竖直平板移动且在所述的亲水竖直平板上聚集，所述的亲水颗粒聚集区域在所述的喇叭口状过滤网的开口范围内，疏水颗粒朝所述的凹形弯曲液面的中间低处移动且在所述的凹形弯曲液面的中间低处聚集。
所述的板状悬挂架的厚度为5 mm。保证板状悬挂架在重力影响下，自身也能保持水平，从而保证下边各个喇叭口状过滤网处于同一水平位置，提高分离精度。长度可根据分离量的需求进行调节。
所述的亲水竖直平板的高度为10 cm且厚度为2 mm，相邻的所述的亲水竖直平板之间间距为4-5个毛细长度。凹形弯曲液面的水平长度在1.5个毛细长度左右，该长度可以通过Laplace方程与纽曼边界条件计算得到，两个板之间间隔为4-5个毛细长度，选4-5个毛细长度可保证两板之间凹形弯曲液面的水平长度与凹形弯曲液面的中间的水平液面长度相近，保证亲疏水有足够的分离空间。使用超亲水涂层，保证水在其上的接触角小于三十度，保证产生足够大的弯液面，进一步保证分离效率。
所述的凹形弯曲液面的中间低处为所述的凹形弯曲液面的中间水平段。
所述的喇叭口状过滤网开口宽度为2-3个毛细长度。弯液面长度在1.5个毛细长度左右，2-3个毛细长度可保证喇叭口恰好覆盖两侧的弯液面，即刚好能覆盖亲水颗粒聚集的区域，达到亲疏水颗粒的精确分离。
所述的喇叭口状滤网的高度为4 cm且其开口倾斜面与竖直方向的夹角为30°，所述的喇叭口状滤网的孔径小于所述的亲水颗粒的最小直径。可用表面致密的涤纶面料作为过滤网的材料。
上述亲疏水微小颗粒分离装置的工作原理如下：当装置浸入水中时，由于竖直平板的亲水性，会使与之接触的水面沿着垂向平板向上移动，形成向上弯曲的水面，称之为上弯液面。由于颗粒表面的亲疏水性质的不同，亲水颗粒也会在自身周围形成上弯液面，疏水颗粒会在自身周围形成下弯液面。由于尺度在毛细长度（1.27 cm）附近，在水的表面张力的作用下，相同的弯液面会相互吸引，相反的弯液面相互排斥最终形成凹形弯曲液面。因此，亲水颗粒会靠近亲水竖直平板移动，并在竖直平板上聚集。疏水颗粒会远离竖直平板移动，在凹形弯曲液面的中间低处聚集。将板状悬挂架上提，下方的喇叭口状过滤网会将亲水颗粒聚拢在网内，并将其带离水面，最终实现亲疏水颗粒的分离。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明首次公开了一种亲疏水微小颗粒分离装置，该分离装置借助颗粒在弯液面作用下的自发运移规律，亲水颗粒靠近亲水竖直板移动，疏水颗粒远离亲水竖直板移动，自主实现亲疏水颗粒分离。优点如下：
1、本发明的分离装置主要利用弯液面来分离亲疏水性颗粒，无需能耗，控制范围广，分离精度高。
2、本发明的分离装置结构简单、操作简便、分离时间短、生产成本低、无需维护的特点。
3、本发明的分离装置不需外界额外驱动能源，自动迁移、灵敏度高、稳定性好、安全系数高。
综上所述，本发明一种亲疏水微小颗粒分离装置，具有自发分离、灵敏度高、结构简单、分离量大、无需维护、制造方便及轻便可靠的优点，从某种意义上脱离了传统的分离装置，较之于现有的多数设计的分离装置，针对亲疏水颗粒分离具有更加广泛的应用空间。
附图说明
图1为本发明的亲疏水微小颗粒分离装置的结构示意图；
图2为本发明的亲疏水微小颗粒分离装置的原理示意图；图中各标注如下：亲水竖直平板-1；凹形弯曲液面-2；疏水颗粒-3，亲水颗粒-4；喇叭口状过滤网-5，板状悬挂架-6。
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。
具体实施例
一种亲疏水微小颗粒分离装置，如图1所示，包括板状悬挂架6，板状悬挂架6的底部均匀分布有若干个亲水竖直平板1，亲水竖直平板1的底部固定设置有开口向上的喇叭口状过滤网5；亲水竖直平板1浸入水中时，相邻的亲水竖直平板1之间形成凹形弯曲液面2，亲水颗粒4朝亲水竖直平板1移动且在亲水竖直平板1上聚集，亲水颗粒1聚集区域在喇叭口状过滤网5的开口范围内，疏水颗粒3朝凹形弯曲液面2的中间低处移动且在凹形弯曲液面2的中间低处聚集。
在此具体实施例中，板状悬挂架6的厚度在5 mm，长度可根据分离量的需求进行调节。亲水竖直平板1高度为10 cm且其厚度为2 mm，相邻亲水竖直平板1之间间距为4-5个毛细长度，即5-6 cm左右，使水在其上的接触角小于30°，保证产生足够大的弯液面，进一步保证分离效率。凹形弯曲液面2的中间低处为凹形弯曲液面2的中间水平段。喇叭口状过滤网5开口宽度为2-3个毛细长度左右，即2.5 cm左右，保证喇叭口状过滤网5刚好能覆盖亲水颗粒4聚集区域，达到亲疏水颗粒的精确分离。喇叭口状滤网5的高度为4 cm左右，开口倾斜面与竖直方向的夹角为30°，滤网孔径小于亲水颗粒4的最小直径，在50 微米左右，可用表面致密的涤纶面料作为喇叭口状滤网5的材料。
机理如图2所示，当装置浸入水中时，由于亲水竖直平板1的亲水性，会使与之接触的水面沿着亲水竖直平板1向上移动，形成向上弯曲的水面。由于颗粒的亲疏水性质的不同，亲水颗粒4也会在自身周围形成上弯液面，疏水颗粒3会在自身周围形成下弯液面。由于尺度在毛细长度（1.27 cm）附近，在水的表面张力的作用下，相同的弯液面会相互吸引，相反的弯液面相互排斥最终形成凹形弯曲液面2。因此，亲水颗粒4会靠近竖亲水直平板1移动，并在亲水竖直平板1上聚集。疏水颗粒3会远离竖直平板1移动，在凹形弯曲液面2的中间低处聚集。此时，将板状悬挂架6上提，下方的喇叭口状过滤网5会将亲水颗粒4聚拢在网内，并将其带离水面，最终实现亲疏水颗粒的分离。
以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种亲疏水微小颗粒分离装置，其特征在于：包括板状悬挂架，所述的板状悬挂架的底部均匀分布有若干个亲水竖直平板，所述的亲水竖直平板的底部固定设置有开口向上的喇叭口状过滤网；所述的亲水竖直平板浸入水中时，相邻的所述的亲水竖直平板之间形成凹形弯曲液面，亲水颗粒朝所述的亲水竖直平板移动且在所述的亲水竖直平板上聚集，所述的亲水颗粒聚集区域在所述的喇叭口状过滤网的开口范围内，疏水颗粒朝所述的凹形弯曲液面的中间低处移动且在所述的凹形弯曲液面的中间低处聚集。
2.根据权利要求1所述的一种亲疏水微小颗粒分离装置，其特征在于：所述的板状悬挂架的厚度为5 mm。
3.根据权利要求1所述的一种亲疏水微小颗粒分离装置，其特征在于：所述的亲水竖直平板的高度为10 cm且厚度为2 mm，相邻的所述的亲水竖直平板之间间距为四到五个毛细长度。
4.根据权利要求3所述的一种亲疏水微小颗粒分离装置，其特征在于：所述的凹形弯曲液面的中间低处为所述的凹形弯曲液面的中间水平段。
5.根据权利要求1所述的一种亲疏水微小颗粒分离装置，其特征在于：所述的喇叭口状过滤网开口宽度为两到三个毛细长度。
6.根据权利要求5所述的一种亲疏水微小颗粒分离装置，其特征在于：所述的喇叭口状滤网的高度为4 cm且其开口倾斜面与竖直方向的夹角为30°，所述的喇叭口状滤网的孔径小于所述的亲水颗粒的最小直径。
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