一种基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法技术

本发明专利技术属于超润湿材料制备领域，特别涉及一种基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法。本发明专利技术包括磷酸铝无机粘结剂的合成、二氧化锆纳米颗粒和氧化亚铜微粒的喷涂、低表面能物质长烷烃链硫醇的选择性修饰、水雾收集等步骤。本发明专利技术基于无机粘结剂可复合多种粒子在多种基底材料表面构筑稳定耐磨的超疏水、超亲水和亲疏水相间材料表面，采用简单的喷涂方法和十八烷基硫醇选择性修饰的方式在不锈钢网上成功制备出超亲水‑超疏水混合材料表面。本发明专利技术制备工艺简单，原料易得，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备和应用，在实践中显示出从大气中收集水的显著优势。

A spray based surface preparation method for water mist collection

【技术实现步骤摘要】
一种基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法
本专利技术属于超润湿材料的制备
，特别涉及一种基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法。
技术介绍
缺水已成为全世界的一个严重问题，令人欣慰的是，在雾水比雨水丰富的干旱地区，捕雾有可能获得淡水，这对生活在那里的人们来说有着重大的意义。大自然是众多水雾收集材料的灵感来源，沙漠甲虫、蜘蛛丝和仙人掌刺的捕捉雾的能力极大地促进了仿生捕雾技术的发展。仿生捕雾的机理主要基于特殊的表面化学和地形(宏观和微观)，可以促进雾的捕获和水的运输。并利用多种方法制备了性能良好的相应仿生材料，用于雾水的捕获。在纳米布沙漠中生存的甲虫具有吸引人的水收集能力，主要是由于其凹凸不平的表面含有交替的蜡质涂层疏水区和非蜡状涂层亲水区。纳米布沙漠甲虫的翅膀上有一些超亲水纹理，同时还有一些超疏水凹槽，亲水区的存在可以使它极易从外界的风中吸取水蒸汽，当亲水区的水珠越聚越多时，这些水珠就会沿着具有疏水区域的弓形后背滚落到沙漠甲虫的嘴中，这有利于干旱沙漠中甲虫的生存。这些甲虫为科学家们提供了制造具有混合亲水-疏水润湿性材料表面的仿生材料的灵感，显示了在实践中从大气中收集水的显着优势。无机粘结剂磷酸铝可复合多种粒子在多种基底材料表面构筑稳定耐磨的超疏水、超亲水和亲疏水相间材料表面，采用简单的喷涂方法和十八烷基硫醇选择性修饰的方式在不锈钢网上成功制备出超亲水-超疏水混合材料表面。无机粘结剂构筑的混合亲疏水材料表面增强了粒子之间的内聚作用力，因而赋予涂层好的稳定性和高的机械强度。喷涂氧化亚铜粒子的表面通过低浓度的十八烷基硫醇修饰后表现出空气中超疏水(滚动角为6°)、水下超亲油性，而喷涂二氧化锆粒子的表面在经高浓度的十八烷基硫醇修饰后始终保持空气中超亲水、水下超疏油性，喷涂以一定比例混合的氧化亚铜和二氧化锆粒子的表面通过十八烷基硫醇修饰后表现出空气中超疏水(滚动角为180°，超黏附)、水下超疏油的特性。制备的亲疏水相间表面不仅具有高效的水雾收集能力，水雾收集效率为1707.25mg/cm2/h，显著高于超亲水和超疏水材料表面，而且在通过多次循环收集后仍然表现出高效的水雾收集效果，具有优异的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺简单、高效的、基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法。实现本专利技术目的的技术方案是：一种基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A.磷酸铝无机粘结剂的制备：将适量的水稀释的质量分数为60％的磷酸溶液放到三孔圆底烧瓶中，在温度为80℃-120℃的油浴锅中加热并冷凝回流，此后，取适量的氢氧化铝粉末搅拌下逐渐加入到上述溶液中，并确保磷酸和氢氧化铝粉末是以摩尔比为3:1混合的，搅拌反应3-5h，最后得到澄清透明的无机磷酸铝溶液；B.稳定耐磨的混合亲疏水材料表面的制备：将无机磷酸铝粘结剂溶解稀释到去离子水中，无机磷酸铝粘结剂与去离子水的质量比为1:5，另取氧化亚铜微米颗粒和二氧化锆纳米颗粒的混合物分散到无水乙醇中，在混合颗粒配制的溶液中，氧化亚铜微米颗粒、二氧化锆纳米颗粒与无水乙醇这三者的质量比为3.56：0.44：15，将上述溶液混合搅拌均匀后，超声30-40min，此后，选择基底材料为2000-2300目的不锈钢网，将上述均匀分散的混合溶液用喷枪在0.1-0.3MPa的氮气气压下均匀喷涂到基底上，最后热固化处理：100-140℃保温2-4h后，再升温到220℃-260℃，保温1-2h，得到的产物浸入到浓度为5-10mmol/L的十八烷基硫醇的无水乙醇的混合溶液中30-60min，将不锈钢网取出，用无水乙醇洗涤后在温度为50-80℃的真空干燥箱中干燥，完成稳定耐磨的亲水-疏水混合表面的制备。进一步的，所述方法还包括：步骤C.混合亲疏水材料表面用于高效的水雾收集：实验室自制的水雾收集测试系统，它包括商用加湿器和盛装加湿器的大型玻璃容器，该测试系统用于评估上述具有不同润湿性材料表面的水雾收集效率。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1.本专利技术制备流程简单，反应原料简单易得，成本低廉。2.采用喷涂法制备的混合亲疏水材料表面适合大面积制备和应用。3.无机粘结剂构筑的混合亲疏水材料表面增强了粒子之间的内聚作用力，因而赋予涂层好的稳定性和高的机械强度。4.制备的亲疏水相间表面不仅具有高效的水雾收集能力，水雾收集效率为1707.25mg/cm2/h，而且在通过多次循环收集后仍然表现出高效的水雾收集效果，具有优异的稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例1中超疏水材料(a)、超亲水材料(b,d)和混合亲疏水(c)材料在10000倍下的表面形貌，其中左侧为喷涂后的未用十八烷基硫醇修饰的样品表面，右侧为喷涂后的用十八烷基硫醇修饰后的样品表面。图2为本专利技术实施例1中在空气中水滴在样品表面的接触角与滚动角(a)和在水中油滴与样品表面的接触角(b)。图3为本专利技术实施例1中超疏水材料、超亲水材料和混合亲疏水材料用于水雾收集的光学照片图(a)和捕雾能力图(b)。图4为本专利技术实施例1中以各种比例混合的样品表面在30min内的收集水雾量图。图5为本专利技术实施例1中原始不锈钢网基底修饰前后的表面形貌图(a，b)和修饰后的用于水雾收集的光学显微镜图(c)。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。实施例11.磷酸铝无机粘结剂的制备：取58.8g水稀释的60％的磷酸溶液放到三孔圆底烧瓶中，在80℃下的油浴锅中加热并冷凝回流。此后，取15.6g的氢氧化铝粉末搅拌下逐渐加入到上述溶液中，并确保磷酸和氢氧化铝粉末是以摩尔比为3:1混合的，搅拌反应3h，最后得到澄清透明的磷酸铝溶液。2.稳定耐磨的混合亲疏水材料表面的制备:将1g的无机磷酸铝粘结剂溶解稀释到5g的去离子水中，另取3.56g的氧化亚铜微米颗粒和0.44g的二氧化锆纳米颗粒分散到15g的无水乙醇中，将上述溶液混合搅拌均匀后，超声30min。此后，选择基底材料为2300目的不锈钢网，将上述均匀分散的混合溶液用喷枪在0.2MPa的氮气气压下均匀喷涂到基底上，最后热固化处理：120℃保温2h后，再升温到240℃，保温1h。得到的产物浸入到10mmol/L的十八烷基硫醇的无水乙醇的混合溶液中30min，将不锈钢网取出，用无水乙醇洗涤后在60℃下的真空干燥箱中干燥，完成稳定耐磨的亲水-疏水混合表面的制备。3.混合亲疏水材料表面用于高效的水雾收集：实验室自制的水雾收集测试系统，它包括商用加湿器和盛装加湿器的大型玻璃容器，该玻璃容器有效避免了外部风和空气流对雾的影响。该测试系统评估了上述具有不同润湿性材料表面的水雾收集效率。混合亲疏水材料表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA.磷酸铝无机粘结剂的制备：将适量的水稀释的质量分数为60％的磷酸溶液放到三孔圆底烧瓶中，在温度为80℃-120℃的油浴锅中加热并冷凝回流，此后，取适量的氢氧化铝粉末搅拌下逐渐加入到上述溶液中，并确保磷酸和氢氧化铝粉末是以摩尔比为3:1混合的，搅拌反应3-5h，最后得到澄清透明的无机磷酸铝溶液；/nB.稳定耐磨的混合亲疏水材料表面的制备：将无机磷酸铝粘结剂溶解稀释到去离子水中，无机磷酸铝粘结剂与去离子水的质量比为1:5，另取氧化亚铜微米颗粒和二氧化锆纳米颗粒的混合物分散到无水乙醇中，在混合颗粒配制的溶液中，氧化亚铜微米颗粒、二氧化锆纳米颗粒与无水乙醇这三者的质量比为3.56：0.44：15，将上述溶液混合搅拌均匀后，超声30-40min，此后，选择基底材料为2000-2300目的不锈钢网，将上述均匀分散的混合溶液用喷枪在0.1-0.3MPa的氮气气压下均匀喷涂到基底上，最后热固化处理：100-140℃保温2-4h后，再升温到220℃-260℃，保温1-2h，得到的产物浸入到浓度为5-10mmol/L的十八烷基硫醇的无水乙醇的混合溶液中30-60min，将不锈钢网取出，用无水乙醇洗涤后在温度为50-80℃的真空干燥箱中干燥，完成稳定耐磨的亲水-疏水混合表面的制备。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.磷酸铝无机粘结剂的制备：将适量的水稀释的质量分数为60％的磷酸溶液放到三孔圆底烧瓶中，在温度为80℃-120℃的油浴锅中加热并冷凝回流，此后，取适量的氢氧化铝粉末搅拌下逐渐加入到上述溶液中，并确保磷酸和氢氧化铝粉末是以摩尔比为3:1混合的，搅拌反应3-5h，最后得到澄清透明的无机磷酸铝溶液；
B.稳定耐磨的混合亲疏水材料表面的制备：将无机磷酸铝粘结剂溶解稀释到去离子水中，无机磷酸铝粘结剂与去离子水的质量比为1:5，另取氧化亚铜微米颗粒和二氧化锆纳米颗粒的混合物分散到无水乙醇中，在混合颗粒配制的溶液中，氧化亚铜微米颗粒、二氧化锆纳米颗粒与无水乙醇这三者的质量比为3.56：0.44：15，将上述溶液混合搅拌均匀后，超声30-40min...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志光，丰静，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42