一种微流体光降解器及其制备方法技术

本发明专利技术属于微纳米制造技术领域，公开了一种微流体光降解器及其制备方法，包括外玻璃管；外玻璃管内依次套设若干内玻璃管，各内玻璃管的外壁上均设置若干ZnO纳米线；外玻璃管的两端均设置密封件，密封件与各内玻璃管均连接，且用于密封外玻璃管和内玻璃管之间以及相邻两内玻璃管之间的间隙；密封件上开设若干与外玻璃管和内玻璃管之间的间隙以及相邻两内玻璃管之间的间隙一一对应连通的通孔。在制备过程无需采用微细加工工艺，但是能够得到微米级特征结构，降低制备难度，提升制备效率，制备周期短、成本低，对设备依赖性小；在相同的投影区域内，该结构的比表面积较平面基底显著增大，导致其光降解的有效面积大，因此光降解效率大幅提高。

【技术实现步骤摘要】
一种微流体光降解器及其制备方法
本专利技术属于微纳米制造
，涉及一种微流体光降解器及其制备方法。
技术介绍
光催化降解以半导体材料做催化剂，可以有效利用太阳能催化降解有毒污染物，具有高效、环保、节能等特点，随着微细加工技术的不断发展，微流道在污水处理领域受到了广泛关注，尤其是纳米材料修饰的微流道。目前，有人提出一种基于微流体的矩形光催化反应器，其通过分析二氧化钛纤维和二氧化钛薄膜的降解效率及其规律，证明拥有高表面积体积比的纳米纤维有更强催化性能。有人利用光刻和水浴法在有图案的玻璃基底上ZnO纳米线，将其集成到光催化的微流道反应腔中并用紫外光照射，测定了光降解性能，结果表明基于微流道的光降解的方法优于常规方法。有人在内径为530μm的石英玻璃管内，通过水浴法和溶胶凝胶法，分别生长ZnO纳米棒和Pt纳米粒子，在玻璃管内部生长出长达50μm的草状微纳米结构，该结构可以极大地提高催化作用，并且具有较高的物理和化学稳定性。光催化材料主要包括ZnO，TiO2，SnO2，ZrO2和CdS等，其中ZnO纳米材料具有比表面积大、催化活性高、理化性能稳定、无毒性、环保和容易制备等优点，广泛用于废水中有机污染物的光降解处理中。但是，现有光催化反应器以平面结构居多，催化效率低；此外，基于微流道的曲面反应器需曝光、刻蚀等微细加工技术制备，其工艺过程复杂，生产成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中，光催化反应器催化效率低以及制备工艺过程复杂的缺点，提供一种微流体光降解器及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术第一方面，一种微流体光降解器，包括外玻璃管；外玻璃管内依次套设若干内玻璃管，各内玻璃管的外壁上均设置若干ZnO纳米线；外玻璃管的两端均设置密封件，密封件与各内玻璃管均连接，且用于密封外玻璃管和内玻璃管之间以及相邻两内玻璃管之间的间隙；密封件上开设若干与外玻璃管和内玻璃管之间的间隙以及相邻两内玻璃管之间的间隙一一对应连通的通孔。本专利技术微流体光降解器进一步的改进在于：所述密封件均为PDMS密封件，PDMS密封件与外玻璃管和内玻璃管均通过PDMS胶连接。所述各通孔上均设置导管。所述导管为PE导管，PE导管通过不锈钢接头与通孔连接。所述外玻璃管和若干内玻璃管同轴设置。所述ZnO纳米线的端面为正六边形，边长为40～60nm，ZnO纳米线的高度为1～2μm。本专利技术第二方面，一种微流体光降解器的制备方法，包括以下步骤：S1：基于水浴法在若干内玻璃管的外壁上均生长若干ZnO纳米线；S2：将若干内玻璃管依次套装在外玻璃管内部，并将两个密封件分别与外玻璃管及各内玻璃管的两端密封连接；在密封件上开设若干通孔，若干与外玻璃管和内玻璃管之间的间隙以及相邻两内玻璃管之间的间隙一一对应连通。本专利技术微流体光降解器的制备方法进一步的改进在于：所述基于水浴法在若干内玻璃管的外壁上均生长若干ZnO纳米线的具体方法为：将内玻璃管浸入ZnO种子层溶液中进行浸泡，然后将浸泡完成的内玻璃管退火，重复浸泡和退火三次，得到沉积种子层的内玻璃管；将沉积种子层的内玻璃管放入ZnO生长液中进行生长，至若干内玻璃管的外壁上均生长若干ZnO纳米线。所述ZnO种子层溶液的浓度为20mmol/L；ZnO生长液的浓度为25mmol/L；浸泡时间为1min；退火温度为120℃，时间为10min；生长温度为90℃，时间为2.5h。所述将若干内玻璃管依次套装在外玻璃管内部，并将两个密封件分别与外玻璃管及各内玻璃管的两端密封连接的具体方法为：通过第一V型块支撑外玻璃管，通过第二V型块及若干塞尺依次支撑各内玻璃管，将各内玻璃管依次套装在外玻璃管内部，并将两个密封件分别与外玻璃管及各内玻璃管的两端密封连接，且使若干内玻璃管均与外玻璃管同轴。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术微流体光降解器，采用外玻璃管和内玻璃管的嵌套来搭建三维圆柱形微米级结构，在内玻璃管的外壁上均设置若干ZnO纳米线，形成三维圆柱形跨尺度结构的光催化微流道。外玻璃管和内玻璃管的长度任意可控，还可拓展至多层微米级同心圆环结构，结构简单且易于实现，制备周期短、成本低，对设备依赖性小。同时，在相同的投影区域内，该三维圆柱形结构的比表面积较现有平面基底显著增大，因此，较平面基底来说，在圆柱形基底上设置ZnO纳米线的光降解的有效面积增大，继而加速反应物的吸附和分离，还能够避免催化剂的堆积，提高光降解效率，有利于实现微流道的小型化。本专利技术微流体光降解器的制备方法，通过在基于水浴法在若干内玻璃管的外壁上均生长若干ZnO纳米线，然后基于将若干内玻璃管依次套装在外玻璃管内部并进行密封和进出口的设置即可，在制备过程无需采用微细加工工艺，但是能够得到微米级特征结构，降低制备难度，提升制备效率。进一步的，在内玻璃管的圆柱形基底上所合成的ZnO纳米线的发散性好，通过调节ZnO纳米线的合成参数，有效改善其润湿性能和提高表面活性，易于产生电子空穴对，提高光催化降解的效率。进一步的，使用经典的机械定位夹具对外玻璃管和内玻璃管进行定位和装配，精度高。附图说明图1为本专利技术的微流体光降解器的爆炸图；图2为本专利技术的微流体光降解器的结构示意图；图3为本专利技术的微流体光降解器的剖视图；图4为本专利技术的外玻璃管结构示意图；图5为本专利技术的内玻璃管结构示意图；图6为本专利技术的微流体光降解器的组装过程示意图。其中：1-外玻璃管；2-内玻璃管；3-密封件；4-导管；5-第一V型块；6-第二V型块；7-塞尺。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参见图1至5，本专利技术提供一种微流体光降解器，以内玻璃管2作为三维圆柱形基底，较平面结构其反应面积大，因此合成的ZnO纳米线发散性强、比表面积大，有利于缩小微流道的尺寸，改善光催化反应面积，提高光催化效率。具体的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流体光降解器，其特征在于，包括外玻璃管(1)；/n外玻璃管(1)内依次套设若干内玻璃管(2)，各内玻璃管(2)的外壁上均设置若干ZnO纳米线；/n外玻璃管(1)的两端均设置密封件(3)，密封件(3)与各内玻璃管(2)均连接，且用于密封外玻璃管(1)和内玻璃管(2)之间以及相邻两内玻璃管(2)之间的间隙；/n密封件(3)上开设若干与外玻璃管(1)和内玻璃管(2)之间的间隙以及相邻两内玻璃管(2)之间的间隙一一对应连通的通孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种微流体光降解器，其特征在于，包括外玻璃管(1)；
外玻璃管(1)内依次套设若干内玻璃管(2)，各内玻璃管(2)的外壁上均设置若干ZnO纳米线；
外玻璃管(1)的两端均设置密封件(3)，密封件(3)与各内玻璃管(2)均连接，且用于密封外玻璃管(1)和内玻璃管(2)之间以及相邻两内玻璃管(2)之间的间隙；
密封件(3)上开设若干与外玻璃管(1)和内玻璃管(2)之间的间隙以及相邻两内玻璃管(2)之间的间隙一一对应连通的通孔。


2.根据权利要求1所述的微流体光降解器，其特征在于，所述密封件(3)均为PDMS密封件，PDMS密封件与外玻璃管(1)和内玻璃管(2)均通过PDMS胶连接。


3.根据权利要求1所述的微流体光降解器，其特征在于，所述各通孔上均设置导管(4)。


4.根据权利要求3所述的微流体光降解器，其特征在于，所述导管(4)为PE导管，PE导管通过不锈钢接头与通孔连接。


5.根据权利要求1所述的微流体光降解器，其特征在于，所述外玻璃管(1)和若干内玻璃管(2)同轴设置。


6.根据权利要求1所述的微流体光降解器，其特征在于，所述ZnO纳米线的端面为正六边形，边长为40～60nm，ZnO纳米线的高度为1～2μm。


7.一种权利要求1所述微流体光降解器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：基于水浴法在若干内玻璃管(2)的外壁上均生长若干ZnO纳米线；
S2：将若干内玻璃管(2)依次套装在外玻璃管(1)内...

【专利技术属性】
技术研发人员：景蔚萱，李银河，毛震，刘姝，李友彬，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61