CN110681268B - 一种气体净化膜接触角动态检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体净化膜接触角动态检测系统及方法，一种气体净化膜接触角动态检测系统，包括光源、气体净化膜载物台、成像系统、计算机、支撑平台，所述光源、气体净化膜载物台、成像系统呈直线固定于支撑平台上，成像系统与计算机相连；气体净化膜载物台包括活动法兰、上固定法兰、隔离网、筒体、出气口、干燥剂、下固定法兰、盲板、气体流量控制器、缓冲罐、引风机、压差传感器。该检测系统可在气体过滤状态下测量膜表面接触角，完成气体净化膜接触角的动态检测。
Description
技术领域
本发明涉及气体净化膜表面性能测试领域，具体涉及一种气体净化膜接触角动态检测系统及方法。
背景技术
气体净化膜是一种新型气体净化材料，具有孔径均匀，气体通量大，运行阻力小，使用寿命长等优点。气体净化膜已经广泛应用于工业尾气净化、超细粉体回收、厂房通风净化、室内空气净化及个人卫生防护等领域。气体净化膜在使用过程中容易被水或油性气溶胶污染，水滴或油滴易堵塞过滤孔道，造成运行阻力增大，净化效率降低。对气体净化膜表面进行疏水疏油改性可有效增强膜材料抗水及抗油污染。改性后的油接触角及水接触角是表征膜材料疏水疏油性能的重要参数。目前，气体净化膜接触角测试采用普通固体表面接触角测试装置及方法，是一种静态检测方法，但是无法获得在气体过滤状态下的接触角数据以及过滤速度等过滤参数对接触角的影响。
发明内容
本发明公开了一种气体净化膜接触角动态检测系统及方法，可在气体过滤状态下测量膜表面接触角，完成气体净化膜接触角的动态检测，本发明所述的接触角动态检测系统结构简单，方便操作，可获得不同过滤速度下气体净化膜接触角数据。
本发明的技术方案：
一种气体净化膜接触角动态检测系统，包括光源、气体净化膜载物台、成像系统、计算机、支撑平台，所述光源、气体净化膜载物台、成像系统呈直线固定于支撑平台上，成像系统与计算机相连；
气体净化膜载物台包括活动法兰、上固定法兰、隔离网、筒体、出气口、干燥剂、下固定法兰、盲板、气体流量控制器、缓冲罐、引风机、压差传感器，所述上固定法兰与下固定法兰固定于筒体上下两端，活动法兰与上固定法兰开有配套法兰孔，上固定法兰焊接支撑筛网，隔离网位于筒体中部，出气口位于筒体下部，干燥剂填充于筒体中，位于隔离网下部，盲板与下固定法兰开有配套法兰孔，出气口通过气体管道与气体流量控制器进气端相连，气体流量控制器出气端通过气体管道与缓冲罐相连，引风机通过气体管道与缓冲罐相连，气体流量控制器通过信号线与计算机相连，所述压差传感器通过导压管与筒体相连，压差信号通过信号线传输至计算机。
进一步的在于，所述筒体直径为2-10cm，所述活动法兰直径为4-12cm。
进一步的在于，所述支撑筛网为不锈钢筛网，筛网孔径5-100μm。
进一步的在于所述干燥剂为硅胶或分子筛颗粒，粒径1-5mm。
一种利用权利要求1所述的系统进行气体净化膜接触角动态检测方法，包括以下步骤：
步骤一：将气体净化膜材料进行裁剪，置于上固定法兰上，并用活动法兰固定密封；
步骤二：开启光源、成像系统，采用滴液针头将一定体积的液滴滴在气体净化膜表面，使用成像系统拍摄液滴初始状态；
步骤三：开启引风机，通过调节气体流量控制器调节气体净化膜气体透过速度，成像系统拍摄不同透过速度下液滴在气体净化膜表面的状态，压差传感器检测气体净化膜两侧压差；
步骤四：计算机计算接触角，记录不同过滤速度下的接触角、气体透过速度、气体净化膜两侧压差，以气体透过速度为横坐标，接触角、气体净化膜两侧压差为纵坐标绘制接触角动态数据曲线。
进一步的在于，步骤一中，所述活动法兰、气体净化膜及固定法兰之间通过垫片进行密封。
进一步的在于，步骤二中所述液滴体积为3-20μL，液滴种类为去离子水或正十六烷。
进一步的在于，步骤三中所述气体净化膜气体透过速度为0.1-5m/min。
进一步的在于，步骤四中所述接触角计算方法为圆锥法。
本发明所使用的气体净化膜载物台，通过法兰将需要检测的气体净化膜材料固定于载物台上的上固定法兰上，支撑筛网可对气体净化膜起到支撑作用。气体净化膜载物台筒体设有出气口，引风机通过出气口气体净化膜载物台提供负压，在压力差的作用下气体透过气体净化膜，滴在气体净化膜上的液滴受负压作用接触角产生变化，通过成像系统检测并计算，获得接触角动态检测数据。气体接触角载物台内部安装隔离网，隔离网下部填充的干燥剂可吸收透过气体净化膜的水蒸气，防护气体量测量产生误差，提测量精度，隔离网干燥剂隔离在筒体下部，防止干燥剂接触气体净化膜，造成测量误差。
附图说明
图1为本发明所述的气体净化膜接触角动态检测系统示意图；
图2为本发明所述的气体净化膜载物台结构图；
图3为本发明所述的上固定法兰示意图。
其中，1-光源，2-气体净化膜载物台，3-成像系统，4-计算机，5-支撑平台，201-活动法兰，202-上固定法兰，203-隔离网，204-筒体，205-出气口，206-干燥剂，207-下固定法兰，208-盲板，209-气体流量控制器，210-缓冲罐，211-引风机，212-压差传感器，2021-法兰孔，2022-支撑筛网。
图4为实施例1气体净化膜水接触角及压差随过滤速度变化曲线图。
图5为实施例2气体净化膜正十六烷接触角及压差随过滤速度变化曲线图。
图6为实施例3气体净化膜水接触角及压差随过滤速度变化曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明附图对本发明加以进一步说明，以下实施方式只以举例的方式描述本发明。这些实施例并不意味着对本发明加以任何限制。很明显，本领域普通技术人员可以在本发明的范围和实质内，对本发明进行各种变通和修改。
实施例1
一种气体净化膜接触角动态检测系统，包括光源1、气体净化膜载物台2、成像系统3、计算机4、支撑平台5，所述光源1、气体净化膜载物台2、成像系统3呈直线固定于支撑平台5上，成像系统3与计算机4相连；
所述气体净化膜载物台2包括活动法兰201、上固定法兰202、隔离网203、筒体204、出气口205、干燥剂206、下固定法兰207、盲板208、气体流量控制器209、缓冲罐210、引风机211、压差传感器212，所述上固定法兰202与下固定法兰207固定于筒体204上下两端，活动法兰201与上固定法兰202开有配套法兰孔2021，上固定法兰202焊接支撑筛网2022，隔离网203位于筒体204中部，出气口205位于筒体204下部，干燥剂206填充于筒体204中，位于隔离网203下部，盲板208与下固定法兰207开有配套法兰孔，出气口205通过气体管道与气体流量控制器209进气端相连，气体流量控制器209出气端通过气体管道与缓冲罐210相连，引风机211通过气体管道与缓冲罐210相连，气体流量控制器209通过信号线与计算机4相连，所述压差传感器212通过导压管与筒体204相连，压差信号通过信号线传输至计算机4。
所述筒体204直径为2cm，所述活动法兰201直径为4cm。
所述支撑筛网2022为不锈钢筛网，筛网孔径5μm。
所述干燥剂206为硅胶或分子筛颗粒，粒径1mm。
一种利用该系统进行气体净化膜接触角动态检测方法，包括以下步骤：
步骤一：将气体净化膜材料进行裁剪，置于上固定法兰202上，并用活动法兰201固定密封；
步骤二：开启光源1、成像系统3，采用滴液针头将一定体积的液滴滴在气体净化膜表面，使用成像系统3拍摄液滴初始状态；
步骤三：开启引风机211，通过调节气体流量控制器209调节气体净化膜气体透过速度，成像系统3拍摄不同透过速度下液滴在气体净化膜表面的状态，压差传感器212检测气体净化膜两侧压差；
步骤四：计算机4计算接触角，记录不同过滤速度下的接触角、气体透过速度、气体净化膜两侧压差，以气体透过速度为横坐标，接触角、气体净化膜两侧压差为纵坐标绘制接触角动态数据曲线。
步骤一中所述活动法兰201、气体净化膜及固定法兰202之间通过垫片进行密封。
步骤二中所述液滴体积为3μL，液滴种类为去离子水。
步骤三中所述气体净化膜气体透过速度从0.1m/min逐渐增大至1.5m/min。
步骤四中所述接触角计算方法为圆锥法。
气体净化膜水接触角及压差随过滤速度变化曲线如图4所示。
实施例2
一种气体净化膜接触角动态检测系统，包括光源1、气体净化膜载物台2、成像系统3、计算机4、支撑平台5，所述光源1、气体净化膜载物台2、成像系统3呈直线固定于支撑平台5上，成像系统3与计算机4相连；
所述气体净化膜载物台2包括活动法兰201、上固定法兰202、隔离网203、筒体204、出气口205、干燥剂206、下固定法兰207、盲板208、气体流量控制器209、缓冲罐210、引风机211、压差传感器212，所述上固定法兰202与下固定法兰207固定于筒体204上下两端，活动法兰201与上固定法兰202开有配套法兰孔2021，上固定法兰202焊接支撑筛网2022，隔离网203位于筒体204中部，出气口205位于筒体204下部，干燥剂206填充于筒体204中，位于隔离网203下部，盲板208与下固定法兰207开有配套法兰孔，出气口205通过气体管道与气体流量控制器209进气端相连，气体流量控制器209出气端通过气体管道与缓冲罐210相连，引风机211通过气体管道与缓冲罐210相连，气体流量控制器209通过信号线与计算机4相连，所述压差传感器212通过导压管与筒体204相连，压差信号通过信号线传输至计算机4。
所述筒体204直径为10cm，所述活动法兰201直径为12cm。
所述支撑筛网2022为不锈钢筛网，筛网孔径100μm。
所述干燥剂206为硅胶或分子筛颗粒，粒径5mm。
一种利用该系统进行气体净化膜接触角动态检测方法，包括以下步骤：
步骤一：将气体净化膜材料进行裁剪，置于上固定法兰202上，并用活动法兰201固定密封；
步骤二：开启光源1、成像系统3，采用滴液针头将一定体积的液滴滴在气体净化膜表面，使用成像系统3拍摄液滴初始状态；
步骤三：开启引风机211，通过调节气体流量控制器209调节气体净化膜气体透过速度，成像系统3拍摄不同透过速度下液滴在气体净化膜表面的状态，压差传感器212检测气体净化膜两侧压差；
步骤四：计算机4计算接触角，记录不同过滤速度下的接触角、气体透过速度、气体净化膜两侧压差，以气体透过速度为横坐标，接触角、气体净化膜两侧压差为纵坐标绘制接触角动态数据曲线。
步骤一中所述活动法兰201、气体净化膜及固定法兰202之间通过垫片进行密封。
步骤二中所述液滴体积为20μL，液滴种类为正十六烷。
步骤三中所述气体净化膜气体透过速度为2m/min逐渐增大至5m/min。
步骤四中所述接触角计算方法为圆锥法。
气体净化膜正十六烷接触角及压差随过滤速度变化曲线如图5所示。
实施例3
一种气体净化膜接触角动态检测系统，包括光源1、气体净化膜载物台2、成像系统3、计算机4、支撑平台5，所述光源1、气体净化膜载物台2、成像系统3呈直线固定于支撑平台5上，成像系统3与计算机4相连；
所述气体净化膜载物台2包括活动法兰201、上固定法兰202、隔离网203、筒体204、出气口205、干燥剂206、下固定法兰207、盲板208、气体流量控制器209、缓冲罐210、引风机211、压差传感器212，所述上固定法兰202与下固定法兰207固定于筒体204上下两端，活动法兰201与上固定法兰202开有配套法兰孔2021，上固定法兰202焊接支撑筛网2022，隔离网203位于筒体204中部，出气口205位于筒体204下部，干燥剂206填充于筒体204中，位于隔离网203下部，盲板208与下固定法兰207开有配套法兰孔，出气口205通过气体管道与气体流量控制器209进气端相连，气体流量控制器209出气端通过气体管道与缓冲罐210相连，引风机211通过气体管道与缓冲罐210相连，气体流量控制器209通过信号线与计算机4相连，所述压差传感器212通过导压管与筒体204相连，压差信号通过信号线传输至计算机4。
所述筒体204直径为10cm，所述活动法兰201直径为10cm。
所述支撑筛网2022为不锈钢筛网，筛网孔径10μm。
所述干燥剂206为硅胶或分子筛颗粒，粒径3mm。
一种利用该系统进行气体净化膜接触角动态检测方法，包括以下步骤：
步骤一：将气体净化膜材料进行裁剪，置于上固定法兰202上，并用活动法兰201固定密封；
步骤二：开启光源1、成像系统3，采用滴液针头将一定体积的液滴滴在气体净化膜表面，使用成像系统3拍摄液滴初始状态；
步骤三：开启引风机211，通过调节气体流量控制器209调节气体净化膜气体透过速度，成像系统3拍摄不同透过速度下液滴在气体净化膜表面的状态，压差传感器212检测气体净化膜两侧压差；
步骤四：计算机4计算接触角，记录不同过滤速度下的接触角、气体透过速度、气体净化膜两侧压差，以气体透过速度为横坐标，接触角、气体净化膜两侧压差为纵坐标绘制接触角动态数据曲线。
步骤一中所述活动法兰201、气体净化膜及固定法兰202之间通过垫片进行密封。
步骤二中所述液滴体积为5μL，液滴种类为去离子水。
步骤三中所述气体净化膜气体透过速度为0.5m/min逐渐增大至2m/min。
步骤四中所述接触角计算方法为圆锥法。
气体净化膜水接触角及压差随过滤速度变化曲线如图6所示。
Claims (9)
1.一种气体净化膜接触角动态检测系统，其特征在于，包括光源（1）、气体净化膜载物台（2）、成像系统（3）、计算机（4）、支撑平台（5），所述光源（1）、气体净化膜载物台（2）、成像系统（3）呈直线固定于支撑平台（5）上，成像系统（3）与计算机（4）相连；
所述气体净化膜载物台（2）包括活动法兰（201）、上固定法兰（202）、隔离网（203）、筒体（204）、出气口（205）、干燥剂（206）、下固定法兰（207）、盲板（208）、气体流量控制器（209）、缓冲罐（210）、引风机（211）、压差传感器（212），所述上固定法兰（202）与下固定法兰（207）固定于筒体（204）上下两端，活动法兰（201）与上固定法兰（202）开有配套法兰孔（2021），上固定法兰（202）焊接支撑筛网（2022），隔离网（203）位于筒体（204）中部，出气口（205）位于筒体（204）下部，干燥剂（206）填充于筒体（204）中，位于隔离网（203）下部，盲板（208）与下固定法兰（207）开有配套法兰孔，出气口（205）通过气体管道与气体流量控制器（209）进气端相连，气体流量控制器（209）出气端通过气体管道与缓冲罐（210）相连，引风机（211）通过气体管道与缓冲罐（210）相连，气体流量控制器（209）通过信号线与计算机（4）相连，所述压差传感器（212）通过导压管与筒体（204）相连，压差信号通过信号线传输至计算机（4）。
2.根据权利要求1所述的一种气体净化膜接触角动态检测系统，其特征在于，所述筒体（204）直径为2-10cm，所述活动法兰（201）直径为4-12cm。
3.根据权利要求1所述的一种气体净化膜接触角动态检测系统，其特征在于，所述支撑筛网（2022）为不锈钢筛网，筛网孔径5-100μm。
4.根据权利要求1所述的一种气体净化膜接触角动态检测系统，其特征在于，所述干燥剂（206）为硅胶或分子筛颗粒，粒径1-5mm。
5.利用权利要求1-4任一项所述的气体净化膜接触角动态检测系统进行气体净化膜接触角动态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将气体净化膜材料进行裁剪，置于上固定法兰（202）上，并用活动法兰（201）固定密封；
步骤二：开启光源（1）、成像系统（3），将一定体积的液滴滴在气体净化膜表面，使用成像系统（3）拍摄液滴初始状态；
步骤三：开启引风机（211），通过调节气体流量控制器（209）调节气体净化膜气体透过速度，成像系统（3）拍摄不同透过速度下液滴在气体净化膜表面的状态，压差传感器（212）检测气体净化膜两侧压差；
步骤四：计算机（4）计算接触角，记录不同过滤速度下的接触角、气体透过速度、气体净化膜两侧压差，以气体透过速度为横坐标，接触角、气体净化膜两侧压差为纵坐标绘制接触角动态数据曲线。
6.根据权利要求5所述的一种气体净化膜接触角动态检测方法，其特征在于，步骤一中，所述活动法兰（201）、气体净化膜及固定法兰（202）之间通过垫片进行密封。
7.根据权利要求5所述的一种气体净化膜接触角动态检测方法，其特征在于，步骤二中所述液滴体积为3-20μL，液滴种类为去离子水或正十六烷。
8.根据权利要求5所述的一种气体净化膜接触角动态检测方法，其特征在于，步骤三中所述气体净化膜气体透过速度为0.1-5m/min。
9.根据权利要求5所述的一种气体净化膜接触角动态检测方法，其特征在于，步骤四中所述接触角计算方法为圆锥法。
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Patent Citations (5)
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| US5423218A (en) * | 1991-06-12 | 1995-06-13 | Nsk Ltd. | Method and instrument for measuring contact angle of rolling bearing |
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