一种可用于雾气收集的亲疏相间铜网的制备方法技术

本发明专利技术属于亲疏相间表面制备技术领域，涉及一种可用于雾气收集的亲疏相间铜网的制备方法。本发明专利技术从沙漠中甲壳虫背部亲疏相间的结构中获得灵感，对其优异的雾气收集特性进行仿生设计，利用化学刻蚀和层层自组装法在铜网上构筑二氧化钛氧化铜微纳复合结构，再用长链烷基修饰，在紫外光照下制备出具有亲疏相间结构的表面。利用二氧化钛的光催化性能，其表面的润湿性可以通过紫外光照时间和二氧化钛含量进行调控。该表面在雾气收集过程中表现出优良的水捕获能力和水收集效率。

A preparation method of coppernet between intimate and sparse phases for fog collection

【技术实现步骤摘要】
一种可用于雾气收集的亲疏相间铜网的制备方法
本专利技术属于亲疏相间表面制备
，特别涉及一种可用于雾气收集的亲疏相间铜网的制备方法。
技术介绍
亲疏相间表面的制备是受启发于沙漠中甲壳虫背部亲疏相间的化学异质结构。其表面亲水的突起部分有利于水雾的捕获和凝结，而疏水部分有利于水的运输，从而实现自身水需求的供给。在基体表面上构筑与甲壳虫背部结构类似的亲疏相间微纳复合结构即可制备亲疏相间表面。人工制备的亲疏相间表面在雾气收集、海水淡化、热传导和微流体运输等领域具有很广阔的应用前景。人造亲疏相间表面通过调控表面润湿性，即可实现良好的雾气收集性能。利用二氧化钛优异的光催化性能，超疏水二氧化钛包覆的氧化铜铜网可以在紫外光照下实现润湿性的转变。其润湿性可以通过调控紫外光照时间和二氧化钛含量来实现最佳的亲疏相间结构。该特性可使亲疏相间表面应用于雾气收集，解决世界范围内的水短缺问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺简单、高效的制备具有亲疏相间表面铜网的制备方法。利用碱刻蚀和层层自组装法在铜网上构建超疏水二氧化钛氧化铜微纳复合结构。利用二氧化钛的光催化性能，其润湿性在紫外光照下发生转变，从而实现亲疏相间铜网的制备。实现本专利技术目的的技术方案是：一种可用于雾气收集的亲疏相间铜网的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A.氢氧化铜纳米线的制备：将干净的铜网浸入到一定量盐酸HCl溶液中10～20s以除去表面的氧化物，接着将铜网置入一定量氢氧化钠NaOH和过硫酸铵(NH4)2S2O8混合水溶液中反应15～30min，然后将刻蚀后的铜网用蒸馏水清洗，之后放入60～65℃烘箱中干燥5～10min，从而完成氢氧化铜纳米线的制备；B.超疏水二氧化钛包覆的氧化铜纳米线的制备：取钛酸四丁酯Ti(OBu)4加入到一定量甲苯和无水乙醇的混合溶液中，将步骤A中得到的铜网置入上述混合溶液中反应10～15min，将反应后的铜网用甲苯清洗，然后放入蒸馏水中浸泡1～3min，之后在室温下用氮气干燥，上述反应、清洗、浸泡和干燥过程重复若干次后，将得到的铜网放入440～460℃马弗炉中煅烧1～3h，将煅烧后的铜网浸入到一定浓度的长链烷基修饰剂的无水乙醇混合溶液中在60～65℃烘箱中反应1～3h，将修饰后的铜网用无水乙醇清洗吹干后放入110～130℃马弗炉中干燥1～3h；C.亲疏相间表面制备：将步骤B中得到的铜网放置在紫外灯下光照一段时间，即可得到亲疏相间表面。进一步的，盐酸溶液物质的量浓度为0.1mol/L。进一步的，氢氧化钠NaOH、过硫酸铵(NH4)2S2O8和蒸馏水的质量百分数配比为：4％：1.14％：94.86％。进一步的，钛酸四丁酯Ti(OBu)4、甲苯和无水乙醇的质量百分数配比为：3.4％：48.3％：48.3％。进一步的，上述反应、清洗、浸泡和干燥过程重复若干次，次数为5次、10次或15次。进一步的，一定浓度的长链烷基修饰剂为体积百分比为4％的十六烷基三甲氧基硅烷。进一步的，在紫外灯下光照的时间为2～6h，紫外灯参数为20W，254nm。进一步的，所述方法还包括步骤D.雾气收集性能测试：将所制备的亲疏相间铜网置于自制雾气收集测试仪上，其中出雾流量和速率分别为0.07gs-1和50cms-1，样品与出雾口的距离约为2～3cm，测试温度和相对湿度分别为20～25℃，80～90％。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.制备工艺简单，原料易得，成本低廉。2.制备的亲疏相间表面具有良好的雾气收集能力。3.制备过程不涉及含氟修饰剂等有害物质，对环境污染小。附图说明图1为本专利技术实施例1中氢氧化铜铜网及二氧化钛包覆的氧化铜铜网表面(二氧化钛沉积次数为10次)电镜图，其中图a图c放大倍数为1000倍，图b图d放大倍数100000倍。图2为本专利技术实施例1中二氧化钛包覆的氧化铜铜网表面的X射线衍射图谱(a)(从上到下二氧化钛沉积次数分别为5次、10次、15次)和X射线光电子能谱(b)(二氧化钛沉积15次)。图3为本专利技术实施例1中二氧化钛包覆的氧化铜铜网表面水接触角和滚动角随紫外光照时间变化的折线图(a)(原始氧化铜：三角形；二氧化钛沉积5次：圆形；二氧化钛沉积10次：正方形；二氧化钛沉积15次：菱形)和光照前后X射线光电子能谱对比图(b)(二氧化钛沉积15次；从上到下分别为光照前和光照12h后)。图4为本专利技术实施例2中二氧化钛包覆的氧化铜铜网表面(二氧化钛沉积15次)在不同紫外光照时间条件下雾气收集过程随时间变化的光学照片，从上到下紫外光照时间分别为0h、2h、4h、6h。图5为本专利技术实施例3中二氧化钛包覆的氧化铜铜网表面(紫外光照时间为4h)在不同二氧化钛沉积次数条件下雾气收集过程随时间变化的光学照片，从上到下分别为超疏水氧化铜、二氧化钛沉积5次、二氧化钛沉积10次、二氧化钛沉积15次、超亲水氧化铜)。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1(1)氢氧化铜纳米线的制备：将干净的铜网(300目,2cm×2cm)浸入到20mL盐酸(HCl)溶液(0.1M)中10s以除去表面的氧化物。接着将铜网置入100mL4g氢氧化钠(NaOH)和1.14g过硫酸铵((NH4)2S2O8)混合水溶液中反应15min。然后将刻蚀后的铜网用蒸馏水清洗，之后放入60℃烘箱中干燥5min。从而完成氢氧化铜纳米线的制备。(2)超疏水二氧化钛包覆的氧化铜纳米线的制备：取1.7mL钛酸四丁酯(Ti(OBu)4)加入到24.15mL甲苯和24.15mL无水乙醇的混合溶液中，将刻蚀后的铜网置入上述溶液中反应10min。将反应后的铜网用甲苯清洗，然后放入蒸馏水中浸泡1min，之后在室温下用氮气干燥。上述反应、清洗、浸泡和干燥过程分别重复5次、10次和15次，将得到的铜网放入440℃马弗炉中煅烧1h。将煅烧后的铜网浸入到100mL体积百分比为4％的十六烷基三甲氧基硅烷无水乙醇混合溶液中在60℃烘箱中反应1h，将修饰后的铜网用无水乙醇清洗吹干后放入110℃马弗炉中干燥1h。(3)亲疏相间表面制备：将步骤(2)中得到的铜网放置在紫外灯(20W,254nm)下光照0～12h，即可得到亲疏相间表面。(4)润湿性转变测试：将不同光照时间条件下所制备的亲疏相间表面置于接触角测试仪上，分别滴加4μL和2μL蒸馏水，测定其接触角和滚动角。如图3a所示，氧化铜铜网表面随紫外光照时间润湿性基本不发生变化，二氧化钛包覆的氧化铜铜网表面随紫外光照时间的延长接触角逐渐减小，滚动角逐渐增大。由于二氧化钛对其表面的长链烷基具有光降解作用，紫外光照12h后，二氧化钛包覆的氧化铜铜网表面的Si和C元素含量有所降低，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于雾气收集的亲疏相间铜网的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA.氢氧化铜纳米线的制备：将干净的铜网浸入到一定量盐酸HCl溶液中10～20s以除去表面的氧化物，接着将铜网置入一定量氢氧化钠NaOH和过硫酸铵(NH

【技术特征摘要】
1.一种可用于雾气收集的亲疏相间铜网的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.氢氧化铜纳米线的制备：将干净的铜网浸入到一定量盐酸HCl溶液中10～20s以除去表面的氧化物，接着将铜网置入一定量氢氧化钠NaOH和过硫酸铵(NH4)2S2O8混合水溶液中反应15～30min，然后将刻蚀后的铜网用蒸馏水清洗，之后放入60～65℃烘箱中干燥5～10min，从而完成氢氧化铜纳米线的制备；
B.超疏水二氧化钛包覆的氧化铜纳米线的制备：取钛酸四丁酯Ti(OBu)4加入到一定量甲苯和无水乙醇的混合溶液中，将步骤A中得到的铜网置入上述混合溶液中反应10～15min，将反应后的铜网用甲苯清洗，然后放入蒸馏水中浸泡1～3min，之后在室温下用氮气干燥，上述反应、清洗、浸泡和干燥过程重复若干次后，将得到的铜网放入440～460℃马弗炉中煅烧1～3h，将煅烧后的铜网浸入到一定浓度的长链烷基修饰剂的无水乙醇混合溶液中在60～65℃烘箱中反应1～3h，将修饰后的铜网用无水乙醇清洗吹干后放入110～130℃马弗炉中干燥1～3h；
C.亲疏相间表面制备：将步骤B中得到的铜网放置在紫外灯下光照一段时间，即可得到亲疏相间表面。


2.如权利要求1所述的一种可用于雾气收集的亲疏相间铜网的制备方法，其特征在于：盐酸溶液物质的量浓度为0.1mol/L。


3.如权利要求1...

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