[发明专利]用于选择性地分离水和油的超疏水性过滤结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够选择性地分离水和油的过滤结构，并且更特别地涉及一种能够使用润湿性有效地分离水和油的过滤结构。

背景技术

由包含大量油的工业废水和从船上泄漏的油引起的水污染对生态系统具有灾难性的影响，并且需要极大量的经济成本和时间以恢复被污染的区域。由于这个原因，已提出用于将水与废水中的油和泄漏在海面上的油分离的技术。

作为分离水和油的常规技术，吸附法和重力分离法是已知的。吸附法是仅用吸附剂选择性地吸收油的方法。此方法受限于一次被除去的油的量，并且通过处理吸收油的吸附剂可能引起另外的成本和二次环境污染。

重力分离法是使用水和油之间的重力差除去漂浮在水上的油的方法，并且不使用消耗品比如吸附剂，这导致成本减少。然而，这种方法在分离油中具有低效率，并且分离的油包括大量的水，这使得难以回收分离的油。

公开内容

技术问题

本发明已经努力提供具有简单的结构并且能够以高效率从水和油的混合物中分离并且收集油的超疏水性过滤结构。

技术解决方案

本发明的示例性实施方案提供过滤结构，所述过滤结构包括：第一过滤层，其包括多个开口；第二过滤层，其包括多个开口并且被定位以便在某个距离处与第一过滤层彼此重叠；以及疏水性聚合物层，其在第一过滤层和第二过滤层的表面上形成。第一过滤层和第二过滤层包括各自具有作为微米尺度结构和纳米尺度结构的组合的双尺度的凸出和凹陷结构的表面，并且疏水性聚合物层沿着凸出和凹陷结构的曲线形成。

第一过滤层和第二过滤层中的每个可以由金属网形成，所述金属网由以网的形式的金属线制成。

凸出和凹陷结构可以包括以微米尺度形成的第一细小的凸出和凹陷结构和沿着第一细小的凸出和凹陷结构的曲线在第一细小的凸出和凹陷结构的表面上以纳米尺度形成的第二细小的凸出和凹陷结构。第一细小的凸出和凹陷结构可以通过喷砂、喷丸、等离子蚀刻、放电处理以及激光处理中的任何一种方法形成。第二细小的凸出和凹陷结构可以通过阳极氧化法形成。

疏水性聚合物层可以包括选自以下的至少一种疏水性材料：氟树脂、氟基硅烷偶联剂、氟基异氰酸酯化合物、烷烃硫醇、有机硅烷化合物、脂肪酸、芳香族叠氮化合物、其混合物、以及其聚合物。

疏水性聚合物层可以通过用疏水性材料涂覆凸出和凹陷结构的方法形成。另外，疏水性聚合物层可以通过在疏水性材料与第一过滤层和第二过滤层的表面之间的共价键以单分子层或多分子层的形式存在。油层可以存在于第一过滤层和第二过滤层之间。油层可以通过仅允许油穿过过滤结构或通过将过滤结构浸渍在油中来形成。

由海绵形成的油吸附层可以存在于第一过滤层和第二过滤层中的任何一个的外部。油吸附层可以存在于第一过滤层与第二过滤层之间，并且可以包括选自水凝胶、硅胶、活性氧化铝、沸石、活性炭、织物、以及海绵的至少一种。

加固构件可以存在于第一过滤层与第二过滤层之间。加固构件可以被形成为金属杆、金属网、聚合物杆以及聚合物网中的任何一种。

有益效果

过滤结构具有简单的结构并且具有对油和水的分离具有较少影响的开口尺寸，并且其也可以容易地从吸收油的过滤结构中收集油以便被回收。

附图描述

图1是示出根据本发明的第一个示例性实施方案的过滤结构的示意图。

图2是在图1中示出的第一过滤层和第二过滤层的表面的放大图。

图3是示出根据本发明的第二个示例性实施方案的过滤结构的示意图。

图4是示出根据本发明的第三个示例性实施方案的过滤结构的示意图。

图5是示出根据本发明的第四个示例性实施方案的过滤结构的示意图。

图6是示出上文描述的过滤结构的应用实施例的图。

图7A是在水被滴到根据本示例性实施方案的过滤结构后取得的照片。

图7B是在油被滴到根据本示例性实施方案的过滤结构后取得的照片。

发明方式

参考其中本发明的示例性实施方案被示出的附图，在下文中将更充分地描述本发明。如本领域技术人员将认识到，描述的实施方案可以以多种不同的方式修改，所有这些不脱离本发明的精神或范围。

图1是示出根据本发明的第一个示例性实施方案的过滤结构的示意图，并且图2是在图1中示出的第一过滤层和第二过滤层的表面的放大图。