CN115475414A - 一种油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：一、将钛网进行裁剪，依次进行超声波清洗、化学抛光；二、将钛网进行阳极氧化，得到TiO2纳米网膜；三、将TiO2纳米网膜在空气中退火0.5~1.5 h，然后在350~400℃保持0.5~1.5 h；步骤四、降温，当温度达到室温时，将TiO2纳米网膜在140~160℃保持0.5~1.5 h，然后冷却；五、紫外光单面照射TiO2纳米网膜照射，实现TiO2纳米网膜照射面油下超亲水非照射面油下超疏水。本发明解决了空气中水单向渗透时水易蒸发的问题，制备的智能油下单向水渗透薄膜能够调控油下水的渗透流速，并且薄膜可擦写。
Description
技术领域
本发明涉及一种在油下实现可控的水滴单向渗透的智能网膜的制备方法。
背景技术
具有单向渗透性能的网膜在微流体系统、油水分离和生物医药等方面中具有重要的应用。目前有关液体单向渗透的Janus膜只发生在单一环境中，如在空气中。而在复杂环境，比如油环境中实现液体的单向渗透同样很重要。目前能够实现油下水单向渗透的材料很少，因为一般材料难以达到油下超亲水，而且薄膜流速无法控制。然而在油环境中实现液体的单向渗透不仅可以解决油的纯化问题，还能够解决空气中微液滴反应易蒸发的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，解决了空气中水单向渗透时水易蒸发的问题，制备的智能油下单向水渗透薄膜能够调控油下水的渗透流速，并且薄膜可擦写，能够重复利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将钛网进行裁剪，依次在丙酮、酒精和蒸馏水中进行超声波清洗，然后在HF、HNO3和H2O的混合溶液中进行化学抛光，其中：HF、HNO3和H2O的体积比为1:4:5，化学抛光的时间为10~20分钟；
步骤二、将步骤一制备好的钛网进行阳极氧化，得到TiO2纳米网膜，然后立即用大量去离子水冲洗并在空气中干燥，其中：
阳极氧化在室温下进行，以钛片为工作电极，铂片作为对电极，电压为40~50 V，氧化时间为2~4小时；
步骤三、将步骤二制备的TiO2纳米网膜在空气中以4~6℃ min-1的升温速率在350~400℃下退火0.5~1.5 h，然后在350~400℃保持0.5~1.5 h；
步骤四、降温，当温度达到室温时，将TiO2纳米网膜在140~160℃保持0.5~1.5 h，然后冷却；
步骤五、紫外光单面照射步骤四制备的TiO2纳米网膜照射，实现TiO2纳米网膜照射面油下超亲水非照射面油下超疏水，从而实现水在油下薄膜的单向渗透，其中：
紫外光的照射强度为15~20mw/cm2，照射时间为30~60分钟，可以通过区域照射的方式，控制紫外光照射的面积，从而控制油下水渗透的流速，照射区域为直径2.5mm到10mm的圆形区域，油下单向水渗透的通量可控制从48000Lm-2h-1到72000 Lm-2h-1；
步骤六、对紫外光单面照射的TiO2纳米网膜进行加热，加热后表面丧失单向渗透性能，实现表面的可擦写，其中：
加热温度为100℃，加热时间为60~80分钟。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、能够实现包括正己烷在内的各种烷烃、石油醚、苯、汽油下水的单向渗透，应用比较广泛。
2、能够控制水在油下网膜的渗透通量。
3、能够实现油下网膜的可擦写。
4、能够解决油下网膜超亲水性易失效的问题。
附图说明
图1为油下水单向渗透薄膜制备示意图；
图2为油下水单向渗透示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，如图1所示，所述方法的具体步骤如下：
步骤一、将纯度99.7%的钛网进行裁剪，并且依次在丙酮、酒精和蒸馏水中进行超声波清洗，然后在HF、HNO3和H2O（体积比=1:4:5）的混合溶液中进行化学抛光15分钟。
步骤二、将步骤一制备好的钛网进行阳极氧化。阳极氧化在室温下进行，在以钛片为工作电极和铂片作为对电极的双电极电池中，在 45 V的电压下氧化3小时得到TiO2纳米网膜，然后立即用大量去离子水冲洗并在空气中干燥。
步骤三、将步骤二所制备的TiO2纳米网膜在空气中以5℃ min-1的升温速率在350℃下退火1 h，然后保持350℃1小时。
步骤四、降温，当温度达到室温时，将TiO2纳米网膜进一步保持在 150℃约1小时，然后冷却。
步骤五、在18mw/cm2的紫外光下，单面照射步骤四制备的TiO2纳米网膜，空气中照射40分钟，实现一面油下超亲水（照射面）一面油下超疏水（非照射面），从而实现水在油下薄膜的单向渗透。具体原理如下：二氧化钛被紫外光照的一面电子被激发，二氧化钛表面留下空穴，分解表面的有机物降低表面的油下疏水性，并且紫外光照后二氧化钛表面产生的羟基和水分子进一步增强表面亲水性。而未被光照表面始终为油下超疏水状态。当水接触油下疏水面时，由于静压力的作用当水接触到亲水面时受到亲水面的毛细力作用，水滴会从疏水面向亲水面渗透。而水无法从亲水面向疏水面渗透，因为水一旦接触油下亲水面会在表面迅速横向铺展，一旦水接触到下面的疏水层，疏水力会进一步阻止水的继续渗透。
步骤六、对紫外光单面照射的TiO2纳米网膜进行100℃加热60分钟，加热后表面会丧失单向渗透性能，实现表面的可擦写，可以通过调控紫外光照射面积和加热的方式在同一膜上实现液体渗透的速度的调控。
由图2可以看出，水滴只能从油下疏水面向油下亲水面渗透（第二排图），无法从油下亲水面向油下疏水面渗透（第一排图），展示了油下单向渗透性能。
Claims (7)
1.一种油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、将钛网进行裁剪，依次在丙酮、酒精和蒸馏水中进行超声波清洗，然后在HF、HNO3和H2O的混合溶液中进行化学抛光；
步骤二、将步骤一制备好的钛网进行阳极氧化，得到TiO2纳米网膜，然后立即用大量去离子水冲洗并在空气中干燥；
步骤三、将步骤二制备的TiO2纳米网膜在空气中以4~6℃ min-1的升温速率在350~400℃下退火0.5~1.5 h，然后在350~400℃保持0.5~1.5 h；
步骤四、降温，当温度达到室温时，将TiO2纳米网膜在140~160℃保持0.5~1.5 h，然后冷却；
步骤五、紫外光单面照射步骤四制备的TiO2纳米网膜照射，实现TiO2纳米网膜照射面油下超亲水非照射面油下超疏水，从而实现水在油下薄膜的单向渗透。
2.根据权利要求1所述的油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，其特征在于所述步骤一中，HF、HNO3和H2O的体积比为1:4:5。
3.根据权利要求1所述的油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，其特征在于所述步骤二中，阳极氧化在室温下进行，以钛片为工作电极，铂片作为对电极，电压为40~50 V，氧化时间为2~4小时。
4.根据权利要求1所述的油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，其特征在于所述步骤五中，紫外光的照射强度为15~20mw/cm2，照射时间为30~60分钟。
5.根据权利要求1所述的油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，其特征在于所述步骤五中，紫外光的照射区域为直径2.5~10mm的圆形区域，油下单向水渗透的通量为48000~72000 Lm-2h-1。
6.根据权利要求1所述的油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，其特征在于所述方法还包括步骤六、对紫外光单面照射的TiO2纳米网膜进行加热，加热后表面丧失单向渗透性能，实现表面的可擦写。
7.根据权利要求6所述的油下可控流速水单向渗透的Janus网膜的制备方法，其特征在于所述加热温度为100℃，加热时间为60~80分钟。
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