[发明专利]用于液体-液体分离的纳米级圆柱孔圆锥孔滤膜

权利要求书

1.一种用于液体-液体分离的纳米级圆柱孔圆锥孔滤膜，其特征在于：在一层固体材料(1)的厚度方向上分别制造两个同心的相通的圆柱孔(2)和圆锥孔(3)，这些孔在该固体材料(1)表面呈均匀分布；圆锥孔(3)大端直径与圆柱孔(2)直径相同，圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面物理吸附特性相同，圆柱孔(2)表面和圆锥孔(3)表面涂覆涂层或不涂覆涂层，待分离的几种液体混在一起而成的混合物中的一种液体与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间的物理吸附弱，液体混合物中的其余液体与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间的物理吸附强，这里的液体与圆柱孔(2)表面间强物理吸附指使圆柱孔(2)中液体流动成为连续介质流动的临界圆柱孔(2)直径不小于30nm的液体与圆柱孔(2)表面间的物理吸附，这里的液体与圆柱孔(2)表面间弱物理吸附指使圆柱孔(2)中液体流动成为连续介质流动的临界圆柱孔(2)直径不大于10nm的液体与圆柱孔(2)表面间的物理吸附；圆锥孔(3)为滤孔，圆锥孔(3)小端半径R₀的取值范围为(0.1～0.2)R_cr，这里R_cr为使与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体成为连续介质流动所需的临界圆柱孔半径；圆柱孔(2)为减阻孔，圆柱孔(2)用于减小液体通过滤膜的流动阻力和增大液体在滤膜中的渗透能力，圆锥孔(3)的轴向长度为l₀，l₀的值根据滤孔的强度要求确定，圆柱孔(2)的轴向长度为l₁，l₁的值根据滤膜的机械强度要求确定，l为固体材料(1)即滤膜的厚度，l＝l₀+l₁；此固体材料(1)即为滤膜。

2.如权利要求1所述的一种用于液体-液体分离的纳米级圆柱孔圆锥孔滤膜，其特征在于：圆柱孔(2)需与圆锥孔(3)同心，圆柱孔(2)与圆锥孔(3)的同心度公差不大于圆锥孔(3)小端半径R₀的十分之一。

3.如权利要求1所述的一种用于液体-液体分离的纳米级圆柱孔圆锥孔滤膜，其特征在于：圆柱孔(2)的半径R₁根据与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体的最大渗透能力要求，通过优化设计由下式计算确定：

这里，λ₀＝l₀/l，l为固体材料(1)即滤膜的厚度，l＝l₀+l₁，l₀为圆锥孔(3)的轴向长度，l₁为圆柱孔(2)的轴向长度，R_cr为使与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体成为连续介质流动所需的临界圆柱孔半径，ρ为环境温度和压力下与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体的体相密度，为流过滤孔即圆锥孔(3)的液体即与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体在圆锥孔(3)小端半径方向的平均密度，这个平均密度与有关，η为环境温度和压力下与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体的体相粘度，为流过滤孔的液体即与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体在圆锥孔(3)小端半径方向的等效粘度，这个等效粘度与有关，为描述流过滤孔的液体即与圆柱孔(2)和圆锥孔(3)表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体在圆锥孔(3)小端半径方向呈现的非连续介质效应的参数，也与有关。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种用于液体-液体分离的纳米级圆柱孔圆锥孔滤膜，其特征在于：滤膜为平面或曲面滤膜。

5.如权利要求1-3任一项所述的一种用于液体-液体分离的纳米级圆柱孔圆锥孔滤膜，其特征在于：滤膜的厚度处处相同或不相同。

6.如权利要求1-3任一项所述的一种用于液体-液体分离的纳米级圆柱孔圆锥孔滤膜，其特征在于：滤膜由二氧化硅或石墨烯制造而成。