[发明专利]具有水下超亲气性质的气/液分离装置的制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，特别涉及具有水下超亲气性质的气/液分离装置的制备方法和用途。

背景技术

多相流体中的气泡不但会对人类的生产、生活造成不良的影响而且严重威胁人类的健康。例如混入机械液压系统的气泡会严重影响液压系统的正常工作并导致气蚀的发生；工业生产过程及日常生活用液体的管道运输过程中会有气阻发生，严重时会造成爆管；输液或静脉注射时进入人体的气泡可能会在人体的微血管处形成气体栓塞，危害人体健康。传统的分离方法，如US4326863、CN1981907A以及CN2881068Y中采用的离心、真空等气/液分离方法存在工艺复杂、设备昂贵、能源消耗严重等无法克服的问题，所以寻找一种经济、高效的气液分离方法，是研究人员广泛关注的课题。

发明内容

本发明的一目的在于提供具有水下超亲气性质的气/液分离装置。

本发明的再一目的在于提供一种经济、高效的具有水下超亲气性质的气/液分离装置的制备方法。

本发明的另一目的在于提供具有水下超亲气性质的气/液分离装置的用途。

本发明受仙人掌刺能在雾气中集水、疏水铜锥可以在水中集油并能单向驱动的启发，将这种锥分离系统应用于水相中的水/气/固三相系统，采用塑形模板打孔、聚氨酯溶液复形、激光打孔以及表面超疏水修饰等方法，得到了一种以聚氨酯为材质的锥形阵列，及本发明的具有水下超亲气性质的气/液分离装置。

本发明的具有水下亲油性质的气/液分离装置表面具有超疏水的微纳复合结构，本发明是以聚氨酯为材质，在聚氨酯基底上制备材质为聚氨酯的锥形阵列以及通孔(如图1a所示)，所述锥形阵列中的每一根所述的锥形针表面都具有超疏水的微纳结构(如图1b所示)，且所述的相邻的锥形针之间的间距为毫米尺度(优选为2.5～3.0mm)。

所述锥形针的高度为毫米尺度，优选为2.0～3.0mm。

所述通孔的大孔端直径、小孔端直径以及孔的深度均为毫米尺度(优选分别为0.8～1.0mm、0.2～0.3mm、5.0～7.0mm)。

所述具有水下超亲气性质的气/液分离装置在水下对气泡的接触角为0℃。

在本发明的具有水下超亲气性质的气/液分离装置中，分离装置主要通过三个步骤实现水中气泡的分离：捕获、定向驱动、导走。含有气泡的流体流经气/液分离装置时，超亲气的锥阵列会将流体中的气泡捕获；在Laplace Force的驱动下，气泡会沿着锥表面从锥的尖端运动到锥的根部；运动到根部的气泡会在聚氨酯的基底表面铺展，并通过基底的通孔进入到空气中。完成上述三个步骤后，气/液分离装置露出新鲜表面，又开始下一个气液分离的循环，从而实现连续的气/液分离。

将具有水下超亲水性质的气/液分离装置置于水相中，锥形阵列竖直向上放置，在阵列上方水平放置一块超亲水铜片(40mm×10mm×0.3mm)，将气/液多相流体以20～30cm/s的速度喷到其表面，混合物中的气泡被锥形阵列捕获、并快速地定向运输到锥形阵列的根部、通过通孔进入空气中。在分离过程中，气/液分离装置起到了类似于“筛”的功能，其将气泡从多相流体中“筛”出，得到单一的流体，从而实现了气/液分离的功能。

本发明的具有水下超亲气性质的气/液分离装置的制备方法包括以下步骤：

(1)用砂纸在锥形不锈钢针表面，沿根部至针尖方向进行打磨，制备出所需规格的钢针；

(2)利用步骤(1)所制备的不锈钢针在高密度聚乙烯薄片表面进行阵列打孔，且相邻的锥形针孔的间距为毫米尺度，每一锥形针孔的深度为毫米尺度；

(3)将步骤(2)所得到的带有锥形孔阵列的高密度聚乙烯薄片置于表面皿中，带有锥形针孔阵列的一面朝上，然后倒入12％(重量)的聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液，抽真空使溶液完全进入锥孔内，然后将整体置于异丙醇中进行高分子的相转化；

(4)将步骤(3)得到的聚氨酯锥阵列取出，用激光在聚氨酯基底上制备通孔；

(5)将步骤(4)得到的基底带有通孔的聚氨酯锥形阵列整体浸入超疏水纳米二氧化硅的氯仿溶液中一段时间，取出烘干即得到具有水下超亲气性质的气/液分离装置。

所述砂纸优选的自标号为600～2000^#。

所述的利用步骤(1)得到的锥形不锈钢针在高密度聚乙烯薄膜上进行阵列化的打孔，是将步骤(1)得到的不锈钢针和高密度聚乙烯置于有x-y-z三维控制系统的仪器中(例如：点胶机)，利用该仪器使所述的锥形不锈钢针的针尖在高密度聚乙烯薄片上进行阵列化的打孔。