CN114405066B - 用于油水分离的带有八字亲水图案的tuss装置及其方法 - Google Patents
用于油水分离的带有八字亲水图案的tuss装置及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114405066B CN114405066B CN202111514327.7A CN202111514327A CN114405066B CN 114405066 B CN114405066 B CN 114405066B CN 202111514327 A CN202111514327 A CN 202111514327A CN 114405066 B CN114405066 B CN 114405066B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tuss
- splayed
- oil
- super
- handed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
- B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
- Y02A20/204—Keeping clear the surface of open water from oil spills
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置及其方法，本发明TUSS装置为层结构，是在超疏水上涂层上设有八字可定向传输结构体，亲水基体的下方为未设置八字可定向传输结构体的超疏水下涂层。本发明TUSS装置具有对油类有机溶剂的定向运输能力。应用本发明TUSS装置进行不互溶油水分离时，TUSS装置将不互溶有机溶剂定向输运到待回收端，而水相则会扩散到大的水相环境。制备TUSS装置的方法是将配制好的超疏水涂料经喷涂工艺制作在亲水基体的上下面，然后在一面的涂层上经激光刻蚀制作八字可定向传输结构体。本发明TUSS装置能够在水环境中进行不互溶油水混合物的分离。
Description
技术领域
本发明属于功能材料，涉及流体控制和水体修复技术领域。具体包括带有“八”字亲水图案的、亲水与超疏水组合的、沿长度方向定向传输的TUSS装置、TUSS装置的制备，以及TUSS装置在水下进行不互溶油水混合物分离的应用。
TUSS装置是指two－dimensional underwater superoleophilic surface，TUSS，译文为：具有非对称疏油屏障的二维水下超亲油表面结构。
背景技术
不互溶油水混合物一般分为两种，一种是重油类(如二氯乙烷和水)，即水相在上层油相在下层，另一种为轻油类(如煤油和水)，即油相在上层水相在下层。油类溶剂往往为高挥发性液体，在操作环境为大气条件，容易造成油类液体挥发，然而油类液体的挥发往往会破坏大气环境甚至威胁到生物健康。
液体的可控定向输送是一种重要的、有发展前途的智能液体操纵方法，此获得了广泛的关注，将其应用在油水分离领域效果显著。例如，可应用在海上溢油事故中海面浮油、炼化厂、焦化厂、煤气发生站含油废水、固体燃料热加工废液、纺织工业中洗毛废水、轻工业中制革废水以及车削工艺中切削液冷却液的处理等领域。
2020年08月《化工管理》公开的，题为“船舶溢油事故的危害与治理方法分析”一文中，公开了船舶溢油事故对海面造成的危害。目前对海面治理有物理技术、化学技术和生物技术。对于物理技术中的撇油法是根据使用的需要选择各种不同的撇油装置来进行回收，目前主要是带式、刮片式、抽吸式等等方式。但是如果溢油层的厚度比较小，则不能使用这种，且在经过回收处理之后还会有少量的油品在海面上存在，无法完成有效的回收。因此，该方式应用效果较差，所以要慎重选择使用。
发明内容
针对不互溶油水混合物在大气环境处理易挥发造成二次污染的问题，本发明设计了一种用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置。本发明TUSS装置为层结构，是在超疏水上涂层上设有八字可定向传输结构体，亲水基体的下方为未设置八字可定向传输结构体的超疏水下涂层。本发明TUSS装置具有对油类溶剂的定向运输能力。应用本发明TUSS装置进行不互溶油水混合物分离时，TUSS装置将油类溶剂定向输运到待回收端，而水相则会扩散在到大的水相环境。
本发明的目的之二是，提出一种制备本发明TUSS装置的方法。具体为，配制好的超疏水涂料经喷涂工艺制作在亲水基体的上下面，然后在一面的涂层上经刻蚀制作八字可定向传输结构体，而得到TUSS装置。
本发明的目的之三是，应用本发明TUSS装置在水下环境中进行不互溶油水混合物油相、水相分离回收的方法。基于油的定向传输可以将油类溶剂定向输运到待回收端，而水相则会扩散到大的水相环境。
本发明的一种用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置的方法，其特征在于包括有下列步骤：
步骤一，超疏水涂料的制备；
在100ml的工业乙醇中加入1g～3g的纳米二氧化硅和1g～2g的聚二甲基硅氧烷，经超声混合处理10min～30min后，得到超疏水涂料；
超声波混合频率为20kHz～40kHz；
所述工业乙醇的质量百分比浓度为98％；
纳米二氧化硅是指颗粒粒径小于50nm量级的二氧化硅固态颗粒；
步骤二，喷涂制备第一中间基体；
步骤21，亲水基体选取；
选取洁净的亲水基体(3)；
亲水基体(3)的厚度为0.1mm～2.0mm；
亲水基体(3)为可降解材料加工的板材；
步骤22，喷涂制备第一中间基体；
调节喷涂工艺参数：喷涂压力为≤0.2MPa，喷涂距离为15cm～20cm；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体(3)的上表面，形成超疏水上涂层(1)；超疏水上涂层(1)厚度为30微米～80微米；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体(3)的下表面，形成超疏水下涂层(4)；超疏水上涂层(4)厚度为30微米～80微米；
亲水基体(3)的双面经喷涂工艺后，得到的是第一中间体(31)；
步骤三，激光刻蚀制备八字可定向传输结构体；
步骤31，设置八字构形及激光刻蚀工艺参数；
激光打标机输出功率5W～15W。
激光打标机的中心处理器中存储有八字构形尺寸数字信息。
八字构形尺寸
八字构形由左撇结构体(21)与右撇结构体(22)组成，左撇结构体(21)与右撇结构体(22)的结构是相同的，且左撇结构体(21)与右撇结构体(22)以中心轴线对称设置；
左撇结构体(21)与右撇结构体(22)的收敛端夹角为60°；
左撇结构体(21)与右撇结构体(22)的收敛端间距为1mm；
八字构形的撇结构体的长记为a，宽记为b，长度方向相邻撇结构体的间距记为d。
步骤32，制备八字可定向传输结构体；
使用激光打标机在第一中间体(31)上方刻蚀出沿长度方向排列的多个八字构形，构成八字可定向传输结构体(2)；具有八字可定向传输结构体2的第一中间体(31)，称为第二中间体。
步骤33，切割后得到TUSS装置；
设置TUSS装置(5)尺寸，TUSS装置(5)的长度记为A，宽度记为B；
将第二中间体按照TUSS装置(5)尺寸进行切割，得到TUSS装置(5)。
在本发明中，定向传输的原理如下：不对称润湿现象被认为与液体在固体表面所形成的不对称接触线有关，不对称的接触线可产生不对称的扩散阻力，本发明中TUSS装置设计正是利用了油与TUSS接触时，长度方向上接触线不同，进而产生不对称扩散阻力，油倾向于向阻力较小端移动，而在阻力较大端被钉扎，实现定向输油，当向TUSS注入油水混合物时，依靠TUSS强大的水下定向输油能力，油会被定向导走，水则会扩散进入大的水相环境，即可实现水下油水分离。
本发明TUSS装置及制备方法的优点在于：
①本发明TUSS装置为分层结构，利用超疏水涂层上的八字可定向传输结构体实现油相的定向传输，而水则会扩散到大的水环境中，从而实现了水下油水分离。
②本发明TUSS装置中的亲水层所用原料A4纸可降解，对环境友好。
③本发明TUSS装置操作环境为水下，水下环境可形成液封，阻止油类液体挥发，防止二次污染，是一种全新的不互溶油水混合物的处理策略。
④本发明的制备工艺简单，成本低，便于大规模的生产化。
附图说明
图1是本发明用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置的结构图。
图1A是本发明用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置的剖面结构图。
图1B是本发明用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置的超疏水上涂层中八字可定向传输结构体的结构图。
图1C是本发明用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置的超疏水上涂层中八字可定向传输结构体的尺寸布置图。
图2是应用本发明TUSS装置进行油水分离的场景示意图。
图2A是应用本发明TUSS装置进行油水分离时的油传输方向图。
图3是制备本发明TUSS装置的流程图。
图3A是经喷涂工艺制得的超疏水－可定向水下输油基体的结构图。
图4是喷涂工艺示意图。
图5是本发明TUSS装置的超疏水区域的扫描电镜图。
图6是本发明TUSS装置的亲水区域的扫描电镜图。
图7是本发明TUSS装置的亲水区域和超疏水区域的接触角照片。
图8是本发明TUSS装置在水下定向运输重油(二氯乙烷)的视频截图。
图9是本发明TUSS装置在水下定向运输轻油(煤油)的视频截图。
图10是本发明TUSS装置在水下处理重油类(二氯乙烷和水)不互溶油水混合物的视频截图。
图11是本发明TUSS装置在水下处理轻油类(煤油和水)不互溶油水混合物的视频截图。
| 1.超疏水上涂层 | 2.八字可定向传输结构体 |
| 21.左撇结构体 | 22.右撇结构体 |
| 3.亲水基体 | 31.第一中间体 |
| 4.超疏水下涂层 | 5.TUSS装置 |
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1、图1A、图1C、图2、图3所示，本发明的一种制备带有八字亲水图案的TUSS装置的方法，包括有下列步骤：
步骤一，超疏水涂料的制备；
在100ml的工业乙醇中加入1g～3g的纳米二氧化硅和1g～2g的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，经超声混合处理10min～30min后，得到超疏水涂料；
超声波混合频率为20kHz～40kHz。
所述工业乙醇的质量百分比浓度为98％。
纳米二氧化硅是指颗粒粒径小于50nm量级的二氧化硅固态颗粒。
步骤二，喷涂制备第一中间基体；
步骤21，亲水基体选取；
选取洁净的亲水基体3，如图3所示；
亲水基体3的厚度记为C，C＝0.1mm～2.0mm。
亲水基体3为可降解材料加工的板材，如纸、A4打印纸、亲水木板等。
在本发明中，亲水基体3的长度和宽度不作限定。
步骤22，喷涂制备第一中间基体；
调节喷涂工艺参数：喷涂压力(F)为≤0.2MPa，喷涂距离(D)为15cm～20cm，如图4所示。
在本发明中，喷枪所载气体为空气。装有超疏水涂料的容器安装在喷枪上端，手柄接口经导管接上压缩空气，打开开关，按压手柄，超疏水涂料经喷嘴射出。
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体3的上表面，形成超疏水上涂层1，如图3A所示；超疏水上涂层1厚度H为30微米～80微米；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体3的下表面，形成超疏水下涂层4，如图3A所示；超疏水下涂层4厚度H为30微米～80微米；
亲水基体3的双面经喷涂工艺后，得到的是第一中间体31；如图3A所示。
步骤三，激光刻蚀制备八字可定向传输结构体；
步骤31，设置八字构形及激光刻蚀工艺参数；
激光打标机输出功率5W～15W。
激光打标机的中心处理器中存储有八字构形尺寸数字信息。
八字构形尺寸
在本发明中，八字构形由左撇结构体21与右撇结构体22组成，左撇结构体21与右撇结构体22的结构是相同的，且左撇结构体21与右撇结构体22以中心轴线对称设置，如图1B、图1C所示。
如图1C所示，左撇结构体21与右撇结构体22的收敛端夹角简称为八字顶夹角，记为θ，且θ＝60°；
如图1C所示，左撇结构体21与右撇结构体22的收敛端间距简称为八字顶间距，记为g，且g＝1mm。
如图1C所示，八字构形的撇结构体的长记为a，宽记为b，长度方向相邻撇结构体的间距记为d。
刻蚀厚度为超疏水上涂层1的厚度H，如图1所示。
步骤32，制备八字可定向传输结构体；
如图3所示，使用激光打标机在第一中间体31上方(即超疏水上涂层1上，如图1B、图1C所示)刻蚀出沿长度方向排列的多个八字构形，构成八字可定向传输结构体2；具有八字可定向传输结构体2的第一中间体31，称为第二中间体。
步骤33，切割后得到TUSS装置；
设置TUSS装置5尺寸(如图1所示)，TUSS装置5的长度记为A，宽度记为B。
将第二中间体按照TUSS装置5尺寸进行激光切割，得到TUSS装置5，如图1所示。
在本发明中，TUSS装置5的长度A和宽度B可以依据工程的实际应用来定制。
TUSS装置为层结构
经本发明方法制得的TUSS装置为层结构(如图1、图1A所示)；亲水基体3的上表面是超疏水上涂层1，亲水基体3的下表面是超疏水下涂层4；超疏水上涂层1上设有八字可定向传输结构体2(如图1B所示)。本发明TUSS装置具有对油类溶剂的定向运输能力。应用本发明TUSS装置在水环境中进行不互溶油水混合物分离时，TUSS装置将油类溶剂定向输运到待回收端，而水相则会扩散到大的水相环境。
性能分析
(1)浸润性能：经本发明法方制备组装的TUSS装置，超疏水涂层1的空气中水的接触角为151°～157°，水下油(二氯乙烷)接触角为0°，八字可定传输结构体2的空气中水的接触角为60°～69°，水下油(二氯乙烷)接触角为141°～152°，说明该装置结构面具有显著的不对称浸润性。
(2)分离性能：将油水混合物通过进样泵注入TUSS装置，油可沿TUSS装置表面定向回收，水则会进入大的水相环境，实现油水分离，经测试，该装置每小时油水混合物处理量可达1200ml～2000ml。
实施例1
表1 TUSS装置的八字构形尺寸为：
参见图1、图3所示，依据表1的尺寸制作实施例1的一种制备带有八字亲水图案的TUSS装置的方法，包括有下列步骤：
步骤一，超疏水涂料的制备；
在100ml的工业乙醇中加入1g的纳米二氧化硅和1g的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，经超声混合处理30min后，得到超疏水涂料；
超声波混合频率为20kHz。
所述工业乙醇的质量百分比浓度为98％。
纳米二氧化硅是指颗粒粒径小于50nm量级的二氧化硅固态颗粒。
步骤二，喷涂制备第一中间基体；
选取洁净的300g/m2的A4卡纸(即亲水基体3)，A4卡纸的厚度为0.5mm，即C＝0.5mm；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体3的上表面，喷涂厚度为60μm形成超疏水上涂层1；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体3的下表面，喷涂厚度为60μm形成超疏水下涂层4；
在A4卡纸(即亲水基体3)的上下表面都均匀喷涂上超疏水涂料后，得到第一中间基体31；如图3A所示。
调节喷涂工艺参数：喷涂压力(F)为≤0.2MPa，喷涂距离(D)为15cm，如图4所示。喷枪所载气体为空气。
步骤三，激光刻蚀制备八字可定向传输结构体；
激光打标机输出功率10W。
使用激光打标机在超疏水上涂层1上刻蚀出八字构形，多个的八字构形构成了八字可定向传输结构体2，即得到了如图1所示的TUSS装置5。
在本发明中，八字构形由左撇结构体21与右撇结构体22组成，左撇结构体21与右撇结构体22的结构是相同的，且左撇结构体21与右撇结构体22以中心轴线对称设置。
在实施例1中，由于激光刻蚀，造成超疏水上涂层1上的刻蚀区和非刻蚀区有着不同的形貌，即超疏水区域(如图5所示)和亲水区域(如图6所示)，其亲水区域和超疏水区域有着不同的浸润性能，即液体接触角不同，如图7所示。将经实施例1制得的TUSS装置固定在水下，一端加注油水混合模拟液，由于不对称三相接触线的原因，即提供的扩散阻力不同，因此TUSS装置实现水下重油(图8)和轻油(图9)的定向运输。
性能分析
油水分离测试箱如图2、图2A所示，通过注液管的下端与TUSS装置接触，且能使油水混合模拟液流出。测试用设备的水箱中为无色的蒸馏水，无色的蒸馏水的液面与TUSS装置的间距为100mm。八字可定传输结构体(2)的八字收敛端为油传输方向的起端，如图2A、图8、图10所示，换个说法就是，在一个八字结构上油水混合物经八字收敛端向八字扩张端行进。
为了清楚地示意出油水分离状态，油水混合模拟液由红色和蓝色两种液体组成，油水混合模拟液的体积比1:1，红色为二氯乙烷(重油)，蓝色为亚甲基染色的蒸馏水。
应用本发明TUSS装置进行油水分离分为两种情况：
重油类分离：将带有“八”字亲水图案的超疏水纸基TUSS装置的“八”字亲水图案面朝上，且固定在水下。油水混合液被注入注液管中流下且与“八”字亲水图案接触。能够发现蓝色的蒸馏水扩散到大的水相环境，红色的二氯乙烷(重油)定向运输到油端水龙头，经油端水龙头回收，如图10所示。
轻油类分离：将带有“八”字亲水图案的超疏水纸基TUSS装置，“八”字亲水图案面朝下，且固定在水下。油水混合液被注入注液管中流下且与“八”字亲水图案接触。能够发现蓝色的蒸馏水扩散到大的水相环境，红色的二氯乙烷(重油)定向运输到油端水龙头，经油端水龙头回收，如图11所示。
浸润性能：实施例1经测定，经本发明法方制备组装的TUSS装置，超疏水涂层1空气中水的接触角为157°，水下油(二氯乙烷)接触角为0°，八字可定传输结构体空气中水的接触角为65°，水下油(二氯乙烷)接触角为145°，说明该装置结构面具有显著的不对称浸润性。
分离性能：开启水龙头A和水龙头B，使注液管中的油水混合模拟液与TUSS装置接触，经测试，每小时能够处理油水混合模拟液2000ml。
实施例2
表2 TUSS装置的八字构形尺寸为：
参见图1、图3所示，依据表2的尺寸制作实施例2的一种制备带有八字亲水图案的TUSS装置的方法，包括有下列步骤：
步骤一，超疏水涂料的制备；
在100ml的工业乙醇中加入1g的纳米二氧化硅和2g的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，经超声混合处理20min后，得到超疏水涂料；
超声波混合频率为40kHz。
所述工业乙醇的质量百分比浓度为98％。
纳米二氧化硅是指颗粒粒径小于50nm量级的二氧化硅固态颗粒。
步骤二，喷涂制备第一中间基体；
选取洁净的200g/m2的A4卡纸(即亲水基体3)，A4卡纸的厚度为0.2mm，即C＝0.2mm；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体3的上表面，喷涂厚度为50μm形成超疏水上涂层1；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体3的下表面，喷涂厚度为50μm形成超疏水下涂层4；
在A4卡纸(即亲水基体3)的上下表面都均匀喷涂上超疏水涂料后，得到第一中间基体31；如图3A所示。
调节喷涂工艺参数：喷涂压力(F)为≤0.2MPa，喷涂距离(D)为20cm，如图4所示。喷枪所载气体为空气。
步骤三，激光刻蚀制备八字可定向传输结构体；
激光打标机输出功率15W。
使用激光打标机在超疏水上涂层1上刻蚀出八字构形，多个的八字构形构成了八字可定向传输结构体2，即得到了如图1所示的TUSS装置5。
性能分析
浸润性能：实施例2经测定，经本发明法方制备组装的TUSS装置，超疏水涂层1空气中水的接触角为155°，水下油(二氯乙烷)接触角为0°，八字可定传输结构体空气中水的接触角为66°，水下油(二氯乙烷)接触角为143°，说明该装置结构面具有显著的不对称浸润性。
分离性能：开启水龙头A和水龙头B，使注液管中的油水混合模拟液与TUSS装置接触，经测试，每小时能够处理油水混合模拟液1500ml。
实施例3
表3 TUSS装置的八字构形尺寸为：
参见图1、图3所示，依据表3的尺寸制作实施例3的一种制备带有八字亲水图案的TUSS装置的方法，包括有下列步骤：
步骤一，超疏水涂料的制备；
在100ml的工业乙醇中加入1g的纳米二氧化硅和1g的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，经超声混合处理30min后，得到超疏水涂料；
超声波混合频率为20kHz。
所述工业乙醇的质量百分比浓度为98％。
纳米二氧化硅是指颗粒粒径小于50nm量级的二氧化硅固态颗粒。
步骤二，喷涂制备第一中间基体；
选取洁净的400g/m2的A4卡纸(即亲水基体3)，A4卡纸的厚度为0.4mm，即C＝0.4mm；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体3的上表面，喷涂厚度为70μm形成超疏水上涂层1；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体3的下表面，喷涂厚度为70μm形成超疏水下涂层4；
在A4卡纸(即亲水基体3)的上下表面都均匀喷涂上超疏水涂料后，得到第一中间基体31；如图3A所示。
调节喷涂工艺参数：喷涂压力(F)为≤0.2MPa，喷涂距离(D)为15cm，如图4所示。喷枪所载气体为空气。
步骤三，激光刻蚀制备八字可定向传输结构体；
激光打标机输出功率10W。
使用激光打标机在超疏水上涂层1上刻蚀出八字构形，多个的八字构形构成了八字可定向传输结构体2，即得到了如图1所示的TUSS装置5。
在本发明中，八字构形由左撇结构体21与右撇结构体22组成，左撇结构体21与右撇结构体22的结构是相同的，且左撇结构体21与右撇结构体22以中心轴线对称设置。
性能分析
浸润性能：实施例3经测定，经本发明法方制备组装的TUSS装置，超疏水涂层1空气中水的接触角为156°，水下油(二氯乙烷)接触角为0°，八字可定传输结构体空气中水的接触角为65°，水下油(二氯乙烷)接触角为150°，说明该装置结构面具有显著的不对称浸润性。
分离性能：开启水龙头A和水龙头B，使注液管中的油水混合模拟液与TUSS装置接触，经测试，每小时能够处理油水混合模拟液1200ml。
不互溶油水混合物是一种常见的有机废液，通常采取静置分层、吸附、筛分的方法分离处理，而油类溶剂往往为高挥发性液体，传统的处理方法操作环境为大气条件，容易造成油类液体挥发，这往往会破坏大气环境甚至威胁到生物健康。针对这一问题，本发明公开了一种带有“八”字亲水图案的超疏水纸基定向传输TUSS装置的制备方法，该TUSS装置可实现轻重油的水下定向运输，将制备的TUSS装置固定在水下，一端注入不互溶油水混合物，水相会自由扩散到大的水相环境，油相则会定向运输到待回收端，实现油水分离。水下环境可提供有效的液封，阻止油类液体挥发，防止二次污染，这是一种全新的不互溶油水混合物的处理策略，有望解决传统不互溶油水混合物处理过程容易造成二次污染的问题，从而实现快速可控的不互溶油水混合物的分离与回收。
Claims (6)
1.一种用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置，其特征在于：TUSS装置为层结构；
TUSS装置的亲水基体(3)的上表面是超疏水上涂层(1)，亲水基体(3)的下表面是超疏水下涂层(4)；超疏水上涂层(1)上设有八字可定向传输结构体(2)；
八字可定向传输结构体(2)为八字构形；八字构形由左撇结构体(21)与右撇结构体(22)组成，左撇结构体(21)与右撇结构体(22)的结构是相同的，且左撇结构体(21)与右撇结构体(22)以中心轴线对称设置；
左撇结构体(21)与右撇结构体(22)的收敛端夹角为60°；
左撇结构体(21)与右撇结构体(22)的收敛端间距为1mm；
超疏水上涂层(1)上存在有亲水区域和超疏水区域；
TUSS装置的超疏水上涂层(1)的空气中水的接触角为151°～157°，水下油接触角为0°，八字可定向传输结构体(2)的空气中水的接触角为60°～69°，水下油接触角为141°～152°。
2.根据权利要求1所述的用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置，其特征在于：亲水基体(3)为可降解材料加工的板材。
3.制备一种用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置的方法，其特征在于包括有下列步骤：
步骤一，超疏水涂料的制备；
在100ml的工业乙醇中加入1g～3g的纳米二氧化硅和1g～2g的聚二甲基硅氧烷，经超声混合处理10min～30min后，得到超疏水涂料；
超声波混合频率为20kHz～40kHz；
所述工业乙醇的质量百分比浓度为98％；
纳米二氧化硅是指颗粒粒径小于50nm量级的二氧化硅固态颗粒；
步骤二，喷涂制备第一中间基体；
步骤21，亲水基体选取；
选取洁净的亲水基体(3)；
亲水基体(3)的厚度为0.1mm～2.0mm；
亲水基体(3)为可降解材料加工的板材；
步骤22，喷涂制备第一中间基体；
调节喷涂工艺参数：喷涂压力为≤0.2MPa，喷涂距离为15cm～20cm；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体(3)的上表面，形成超疏水上涂层(1)；超疏水上涂层(1)厚度为30微米～80微米；
将步骤一中所得的超疏水涂料均匀地喷涂在亲水基体(3)的下表面，形成超疏水下涂层(4)；超疏水下涂层(4)厚度为30微米～80微米；
亲水基体(3)的双面经喷涂工艺后，得到的是第一中间体(31)；
步骤三，激光刻蚀制备八字可定向传输结构体；
步骤31，设置八字构形及激光刻蚀工艺参数；
激光打标机输出功率5W～15W；
激光打标机的中心处理器中存储有八字构形尺寸数字信息；
八字构形尺寸
八字构形由左撇结构体(21)与右撇结构体(22)组成，左撇结构体(21)与右撇结构体(22)的结构是相同的，且左撇结构体(21)与右撇结构体(22)以中心轴线对称设置；
左撇结构体(21)与右撇结构体(22)的收敛端夹角为60°；
左撇结构体(21)与右撇结构体(22)的收敛端间距为1mm；
八字构形的撇结构体的长记为a，宽记为b，长度方向相邻撇结构体的间距记为d；
步骤32，制备八字可定向传输结构体；
使用激光打标机在第一中间体(31)上方刻蚀出沿长度方向排列的多个八字构形，构成八字可定向传输结构体(2)；具有八字可定向传输结构体(2)的第一中间体(31)，称为第二中间体；
步骤33，切割后得到TUSS装置；
设置TUSS装置(5)尺寸，TUSS装置(5)的长度记为A，宽度记为B；
将第二中间体按照TUSS装置(5)尺寸进行切割，得到TUSS装置(5)。
4.根据权利要求3所述的制备一种用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置的方法，其特征在于：超疏水上涂层(1)上存在有亲水区域和超疏水区域。
5.根据权利要求3所述的制备一种用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置的方法，其特征在于：制得TUSS装置的超疏水上涂层(1)的空气中水的接触角为151°～157°，水下油接触角为0°，八字可定向传输结构体(2)的空气中水的接触角为60°～69°，水下油接触角为141°～152°。
6.应用权利要求1所述的一种用于油水分离的带有八字亲水图案的TUSS装置进行的油水分离，其特征在于：TUSS装置在水环境下的油水混合物分离时，八字可定向传输结构体(2)的八字收敛端为油传输方向的起端。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111514327.7A CN114405066B (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 用于油水分离的带有八字亲水图案的tuss装置及其方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111514327.7A CN114405066B (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 用于油水分离的带有八字亲水图案的tuss装置及其方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114405066A CN114405066A (zh) | 2022-04-29 |
| CN114405066B true CN114405066B (zh) | 2022-10-25 |
Family
ID=81265785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111514327.7A Active CN114405066B (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 用于油水分离的带有八字亲水图案的tuss装置及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114405066B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112221201A (zh) * | 2020-09-11 | 2021-01-15 | 中国科学院理化技术研究所 | 表面疏水亲油的油水分离管及其制备方法和应用 |
| CN112796154A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-14 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种Janus有机多孔材料及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11370005B2 (en) * | 2014-03-17 | 2022-06-28 | Korea Institute Of Science And Technology | Nano composite structure with nano patterned structure on its surface and method of preparing the same |
| WO2015143155A1 (en) * | 2014-03-21 | 2015-09-24 | 3M Innovative Properties Company | Droplet coalescers |
| CN108043482A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-05-18 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案及其应用 |
| CN108043069A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-05-18 | 青岛科技大学 | 一种基于多孔定向输油材料的连续油水分离装置 |
| CN109107226B (zh) * | 2018-08-27 | 2020-11-03 | 大连理工大学 | 一种润湿性可控的油水分离金属网制备方法 |
| CN111871001B (zh) * | 2020-07-07 | 2022-01-14 | 中山大学 | 一种具有单向水传输性的Janus型材料及其制备方法和应用 |
| CN112774256B (zh) * | 2020-12-17 | 2022-02-18 | 北京航空航天大学 | 空气中具有异质结构的Janus铜网的制备方法及其应用 |
| CN113019484B (zh) * | 2021-03-29 | 2022-04-19 | 南京航空航天大学 | 一种水下油运输功能性结构及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-12-13 CN CN202111514327.7A patent/CN114405066B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112221201A (zh) * | 2020-09-11 | 2021-01-15 | 中国科学院理化技术研究所 | 表面疏水亲油的油水分离管及其制备方法和应用 |
| CN112796154A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-14 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种Janus有机多孔材料及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114405066A (zh) | 2022-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bai et al. | Facile fabrication of superhydrophobic wood slice for effective water-in-oil emulsion separation | |
| Ge et al. | Biomimetic and superwettable nanofibrous skins for highly efficient separation of oil‐in‐water emulsions | |
| Bhushan | Bioinspired oil–water separation approaches for oil spill clean-up and water purification | |
| Seo et al. | Performance evaluation of environmentally benign nonionic biosurfactant for enhanced oil recovery | |
| CN105542221B (zh) | 一种耐磨超疏水超亲油聚氨酯海绵、制备方法及其在油水连续分离中的应用 | |
| Zhang et al. | Efficient separation of immiscible oil/water mixtures using a perforated lotus leaf | |
| Ji et al. | Simple fabrication approach for superhydrophobic and superoleophobic Al surface | |
| CN104086798B (zh) | 一种聚丙烯改性的聚氨酯海绵及其制备方法与应用 | |
| CN112774256B (zh) | 空气中具有异质结构的Janus铜网的制备方法及其应用 | |
| Liu et al. | Bioinspired membranes for multi-phase liquid and molecule separation | |
| CN114405066B (zh) | 用于油水分离的带有八字亲水图案的tuss装置及其方法 | |
| CN102438951A (zh) | 涂料废液处理方法 | |
| CN105536554A (zh) | 一种基于液体表面张力差异分离有机混合液体的分离膜的制备方法和应用 | |
| Zhao et al. | Surface modification of polyamide meshes and nonwoven fabrics by plasma etching and a PDA/cellulose coating for oil/water separation | |
| Luo et al. | Continuous separation of oil/water mixture by a double-layer corrugated channel structure with superhydrophobicity and superoleophilicity | |
| Chen et al. | Superhydrophobic copper foam bed with extended permeation channels for water-in-oil emulsion separation with high efficiency and flux | |
| CN112221201B (zh) | 表面疏水亲油的油水分离管及其制备方法和应用 | |
| CN105854621A (zh) | 一种坡缕石乳液分离膜的制备及其在水包油型乳液分离中的应用 | |
| Xi et al. | Synthesis of durable superhydrophobic coating and its applications in oil/water separation | |
| CN113058439A (zh) | 一种超疏水性二维抗污染破乳油水分离膜材料及其制备方法和应用 | |
| Lee et al. | Slippery, Water‐Infused Membrane with Grooved Nanotrichomes for Lubricating‐Induced Oil Repellency | |
| Lv et al. | Stretchable Textiles with Superwettabilities for Tunable Oil‐Water Separation | |
| CN207716098U (zh) | 一种石油管道防垢破乳加热设备 | |
| CN105664533B (zh) | 一种油水分离器件的制备方法 | |
| KR101202676B1 (ko) | 오염 지하수 정화장치 및 정화방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |