本发明专利技术为一种适用性能广泛的油水分离的复合薄膜和装置及制备方法，涉及一种利用激光在复合功能材料上制备油水分离薄膜的方法，该方法以钛箔片和聚四氟乙烯粉末作为原料，采用热压工艺制备得到上下层分别为聚四氟乙烯和钛箔的复合薄膜；使用飞秒激光，在较低能量密度下对复合薄膜的上下表面分别进行激光粗化处理，使聚四氟乙烯一侧表面呈超疏水/超亲油润湿特性，而钛箔一侧表面呈现超亲水/水下超疏油润湿特性；对粗化后复合薄膜进行打孔，并将制备所得两张复合薄膜分别安装在“T型”油水分离装置的两端，确保薄膜的不同侧面朝向油水混合物，得到适用性能广泛的油水分离装置。本发明专利技术具有方法简单、效率高、成本低等优点，同时所制备得到的油水分离装置的适用范围广泛，可高效、大批量处理油水混合物。大批量处理油水混合物。大批量处理油水混合物。
【技术实现步骤摘要】
一种适用性能广泛的油水分离的复合薄膜和装置及制备方法
[0001]本专利技术属于功能材料及激光微加工领域，更具体地，涉及一种利用激光在复合功能材料上制备油水分离薄膜的方法。
技术介绍
[0002]水作为人类生命的源泉，其污染问题一直备受人们广泛关注。当前，众多的行业和领域，如石油工业、餐饮行业、冶金行业、采矿行业、纺织皮革行业以及国防军工行业等，每年都会产生大量的含油废水，如直接将其排放，会对水体造成严重污染；与此同时，频繁的原油泄漏事故，会导致海洋、江河水体中的动植物大量死亡，使其生态平衡遭受严重的破坏。因此，如何处理含油废水将成为解决环境污染问题中的一个全球性问题和挑战。
[0003]为了实现对含油废水的分离，依据水相和油相物理、化学和生物特性不同，可分别采用蒸馏法、重力法、离心法、气浮法、吸附法、凝聚法、盐析法和生物法等等。但这些方法依然存在能耗高、效率低、适用范围窄，可能会出现二次污染等不足，极大限制了其适用范围。因此，开发一种低成本、高效率、适用范围广的油水分离技术就显得尤为迫切。
[0004]因油相和水相表面张力的不一致，导致其在某些功能性材料表面润湿性能不一致。利用该润湿性差异，在液体自身重力或外界压力作用下，可以选择性的让某一种组分渗透通过薄膜微孔，而另一种组分不能渗透通过薄膜微孔，从而实现对油水混合物的分离。相对于传统分离技术，薄膜分离技术具有运行成本低、分离效率高、无二次污染和适用范围广等优势。
[0005]聚四氟乙烯（PTFE）作为一种典型疏水性（本征水接触角约为114<br/>°
）高分子材料，因其具有良好的耐高低温性、耐化学腐蚀性、耐老化性、良好的电绝缘性，而成为一种制备油水分离薄膜较理想材料。
[0006]钛作为一种稀有金属，其具有良好的耐高温、耐低温性能，其延展性和可塑性优异，同时，其硬度与钢铁相当，但质量仅为同体积钢铁的一半。在常温下，金属钛与大多数的强酸、强碱甚至是王水都不反应，具有良好的抗腐蚀性能，是制备油水分离薄膜另一种较理想材料。
[0007]相对于其它构建方式而言，激光加工技术因具有可加工材料范围广泛、良好的区域选择性加工、污染性小、非接触性等优势，尤其是其能够借助于电脑软件的控制进行精密加工，使其在油水分离薄膜的制备上显示出较大优势。
[0008]当前，出现众多利用不同方法在不同功能材料上构建油水分离薄膜的方法。Jun Liu等人在杂志（Surface & Coatings Technology，2016，307：171
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176）上报道了通过将壳聚
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硅纳米颗粒喷涂于不锈钢网上，获得一种超亲水和水下超疏油薄膜。该制备方法虽然工艺简单，效率高，但是由于涂层与不锈钢基底材料间的粘合作用力不高，使得油水分离薄膜长效适用性差，同时，其固有的超亲水/超疏油润湿特性使其主要适用于分离由轻油与水形成的混合物，而重油与水形成的混合物，因重油密度大，处于溶液下层，在分离过程中，重油会形成阻隔层，使得该类油水混合物的分离较难实现，其应用受到一定局限。Zhongli Qin
等人在杂志（Material & Design，2019，184：108200
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108208）上提出了利用皮秒红外激光，在聚四氟乙烯薄膜上通过先激光表面粗化后激光刻蚀钻孔的方式，制备得到可用于油水分离的薄膜。该制备方法虽然可获得分离性能不同的薄膜，但由于其特有的超疏水/超亲油性能，使其主要适用于分离由重油与水形成的混合物，而轻油与水形成的混合物，因轻油密度小，下层密度较大的水层会形成阻隔层，使该类油水混合物的分离较难实现。Chunai Dai等人在杂志（Soft Matter，2014,10(40)：8116
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8122）上发表了通过化学氧化法和浸渍法的联用，以铜网为基底制备得到具有超疏水/超亲油性能的油水分离薄膜，为了克服难以分离轻油与水形成混合物的不足(水相因密度大，处于油水混合物下层，而形成了阻隔层)，通过将分离装置倾斜一定的角度，可让轻油顺利渗透并流出分离装置，但该装置仅适用于体积较少油水混合物的分离，难以适应大批量油水混合物的分离。综上所述，虽然通过不同方法均能成功构建出性能不同的油水分离薄膜，但它们均面临着难以同时适合用分离由轻油与水形成混合物以及由重油与水形成混合物，一定程度上限值了其应用范围。因此，寻找一种适用范围广，可应用于大批量油水混合物分离，能简单、高效实施工业化生产的薄膜或装置就显得尤为必要。
技术实现思路
[0009]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种适用性能广泛的油水分离装置的制备方法，其以钛箔片和聚PTFE粉末作为原料，通过热压工艺制备得到上下层分别为钛箔和PTFE的复合薄膜材料，然后，使用飞秒激光对复合材料上下表面分别进行粗化处理，接着采用飞秒激光在双面粗化后复合薄膜材料表面打孔，获得了油水分离速率（流通量）可调节、分离效率高、适用于分离不同类型油水混合物的薄膜材料。由此解决现有油水分离薄膜不能同时适用于大批量分离由轻油与水形成混合物以及由重油与水形成混合物的技术问题。
[0010]为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种适用性能广泛的油水分离的复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：（S1）复合薄膜制备：以钛箔片和PTFE粉末作为原料，采用热压工艺，制备得到上下层分别为PTFE层和钛箔层的复合薄膜材料；热压工艺实施前，将粗化处理后钛箔片分别置于丙酮、乙醇和蒸馏水中超声清洗10 min，烘干后在其表面涂覆一层硅烷偶联剂；并在其表面覆盖一层PTFE粉料；（S2）激光粗化复合材料表面：采用飞秒激光对步骤（S1）中复合材料的上下表面分别进行激光扫描方式处理，使得复合材料PTFE一侧的表面呈现超疏水/超亲油润湿性能，而钛箔一侧表面呈现超亲水/水下超疏油润湿性能；（S3）激光打孔：设定适当激光打孔间距和打孔直径，采用飞秒激光在步骤（2）中复合薄膜材料表面进行激光打孔，即获得适应性能优异油水分离薄膜；（S4）油水分离装置制备：取两张步骤（3）中所制备得到的油水分离复合薄膜，其中一张薄膜的PTFE侧面朝装置内，而另一张薄膜则是钛箔侧面朝内，将它们分别固定于“T型”油水分离装置的两侧，即获得可大批量，能分离不同类型油水混合物的装置。
[0011]优选地，上述步骤（S1）中钛箔片的厚度为0.05
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1.00mm；优选地，上述步骤（S1）中制备得到上下层分别为聚四氟乙烯层和钛箔层的复合薄
膜材料总厚度为0.10
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2.00 mm。
[0012]优选地，上述步骤（S1）复合薄膜材料制备工艺中热压温度为330
‑
450℃，热压压力为2
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6Mpa，热压时间优选为0.5
‑
1.5h。
[0013]优选地，上述步骤（S2）中激光扫描方式为网格扫描，所述的激光扫描刻蚀将会在复合薄膜材料上表面和下表面分别构建出由微米尺寸和纳米尺本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用性能广泛的油水分离的复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（S1）复合薄膜制备：以钛箔片和PTFE粉末作为原料，采用热压工艺，制备得到上下层分别为PTFE层和钛箔层的复合薄膜材料；热压工艺实施前，将粗化处理后钛箔片分别置于丙酮、乙醇和蒸馏水中超声清洗10 min，烘干后在其表面涂覆一层硅烷偶联剂；并在其表面覆盖一层PTFE粉料；（S2）激光粗化复合材料表面：采用飞秒激光对步骤（S1）中复合材料的上下表面分别进行激光扫描方式处理，使得复合材料PTFE一侧的表面呈现超疏水/超亲油润湿性能，而钛箔一侧表面呈现超亲水/水下超疏油润湿性能；（S3）激光打孔：设定适当激光打孔间距和打孔直径，采用飞秒激光在步骤（2）中复合薄膜材料表面进行激光打孔，即获得适应性能优异油水分离薄膜；（S4）油水分离装置制备：取两张步骤（3）中所制备得到的油水分离复合薄膜，其中一张薄膜的PTFE侧面朝装置内，而另一张薄膜则是钛箔侧面朝内，将它们分别固定于“T型”油水分离装置的两侧，即获得可大批量，能分离不同类型油水混合物的装置。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（S1）中钛箔片的厚度为0.05
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1.00mm；所述步骤（S1）中制备得到上下层分别为聚四氟乙烯层和钛箔层的复合薄膜材料总厚度为0.10
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2.00 mm。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（S1）复合薄膜材料制备工艺中热压温度为330
‑
450℃，热压压力为2
‑
6Mpa，热压时间优选为0.5
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1.5h。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（S2）中激光扫描方式为网格扫描，所述的激光扫描刻蚀将会在复合薄膜材料上表面和下表面分别构建出由微米尺寸和纳米尺寸所组成的粗糙表面；所述步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦中立，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：
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