[发明专利]基于硅藻土的缓释减阻表面的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿生技术领域，具体涉及一种减阻表面的制作方法。

背景技术

利用减阻剂减阻是一种高效的减阻方法，广泛应用于水下航行器表面或长距离输送管道(输油、气、水等)内壁面的流体减阻。常用的减阻剂主要有聚丙烯酰胺(PAM)和水性环氧树脂等，尽管减阻效能高，但价格通常较为昂贵。利用减阻剂减阻与利用沟槽等结构型减阻方法相比，具有减阻效率高(减阻效率通常在15％以上)、便于实施等优势。该减阻方法的实施目前主要采用在航行器表面或长输管道内壁面直接释放或涂覆减阻剂的方式，往往使得大量的减阻剂不能有效作用于湍流有效区，存在减阻剂消耗快、用量大、浪费严重、需不断补充等不足，因而使用和维护成本相对较高。

另外，硅藻是最重要的浮游类微生物之一，种类多、数量大、分布极其广泛。硅藻不仅形态多样，常见的有球形、盘形、圆筒形、杆形、舟形等，而且有着特殊的材质和结构。在材质上，硅藻壳体的主要化学成份是二氧化硅；在结构上，单体硅藻大小在几微米到几十微米间，由上、下壳面构成，壳体内部拥有空腔结构，壳体表面布满纳米级微孔。

硅藻土是硅藻的古代残骸沉积物生成的硅质沉积岩，主要由古代硅藻及其它微生物(放射虫、海绵等)的硅质遗骸组成，主要化学成份是二氧化硅。硅藻土在自然界中作为矿产大量存在，因而来源广泛、价格低廉。由于硅藻土具有细腻、质轻、孔隙度大、吸附性和渗透性强、化学性质稳定、耐磨、耐热、有一定强度等特点，是一种具有重要应用价值的材料。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于硅藻土的缓释减阻表面的制作方法，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

基于硅藻土的缓释减阻表面的制作方法，包括硅藻土固化工艺，其特征在于，还包括在硅藻土固化表面吸附减阻剂的吸附工艺，所述吸附工艺包括如下步骤：

1)室温条件下将采用硅藻土固化工艺制得的硅藻土固化表面浸入去离子水中，在功率为800W～1200W、工作频率为30KHz～50KHz的条件下超声清洗10min～20min，然后用N2吹干；

2)制备减阻剂水溶液；

3)将干燥后的硅藻土固化表面完全浸入减阻剂水溶液，然后置于真空干燥箱内进行脱气处理10min～20min，然后取出，便制得缓释减阻表面。

本发明利用硅藻土固化表面来吸附和缓释减阻剂，不仅能有效提高减阻剂的附着力和容持量，还能达到缓慢释放减阻剂以使其全部作用于湍流有效区的目的，因而具有提高减阻剂利用效能、减少减阻剂用量、降低使用和维护成本等优势。

所述吸附工艺中，步骤2)采用的减阻剂水溶液为聚丙烯酰胺(PAM)减阻剂水溶液。

PAM减阻剂水溶液的制备方法如下：室温条件下，在去离子水中，边搅拌边慢慢加入聚丙烯酰胺(PAM)粉体颗粒，配制质量百分比浓度为2％的PAM减阻剂水溶液。

所述硅藻土固化工艺采用高温烧结的方法制成硅藻土固化表面。高温烧结的方法可以采用常用的烧结方法，也可以采用如下硅藻土固化步骤：

1)硅藻土预处理：

(A)室温条件下，将硅藻土在质量百分比浓度为1.5％～3.5％的HF溶液中浸泡处理3min～5min，然后使用5μm～20μm的滤布进行过滤，得到第一硅藻土混合物；

(B)将所述第一硅藻土混合物在温度为80℃～90℃条件下，在NH4、H2O2、H2O混合液(1∶2∶7)中浸泡处理10min～20min，然后使用5μm～20μm的滤布进行过滤，得到第二硅藻土混合物；

(C)将所述第二硅藻土混合物在室温条件下加入去离子水，在功率为800W～1200W、工作频率为30KHz～50KHz的条件下，超声清洗10min～20min，然后使用5μm～20μm的滤布进行过滤，得到第三硅藻土混合物；

(D)将所述第三硅藻土混合物在室温条件下用N2吹干，得到第四硅藻土混合物；

2)硅藻土湿坯制作：

(A)室温条件下，将1)步骤得到的所述第四硅藻土混合物加入去离子水，配制固含量为50％～70％的硅藻土泥浆，然后陈腐1d；

(B)在一定形状的模具中采用注浆成型工艺制作出硅藻土湿坯；

(C)室温条件下，对所述硅藻土湿坯进行初步的自然风干，含水率控制在60％～80％；

3)硅藻土湿坯高温烧结固化：

(A)将2)步骤制得的所述硅藻土湿坯放入高温烧结炉内，在1050℃～1150℃温度范围内进行恒温烧结处理1.5h～2.5h；