用于快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片及制造和使用方法技术

本发明专利技术涉及用于快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片及制造和使用方法，该芯片包括石英玻璃层、导电衬层和碳化硅工作层，碳化硅工作层的表面设置有单向微通道，在碳化硅工作层的上下两侧和左右两端除单向微通道及其出入口外设置有封装导流层，石英玻璃层设置于碳化硅工作层两侧用于夹持碳化硅工作层，导电衬层设置于碳化硅工作层和石英玻璃层之间，用于为碳化硅工作层提供电流，沿着碳化硅工作层两侧通过导线将导电衬层和碳化硅工作层连接为一体。本发明专利技术还提供上述芯片的制备和使用方法。本发明专利技术的芯片能够最大程度降低系统误差和人员操作误差，使得氧化剂的筛选和评价过程更为客观。评价过程更为客观。评价过程更为客观。

【技术实现步骤摘要】
用于快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片及制造和使用方法


[0001]本专利技术涉及一种用于各类工业废水的高级氧化技术处理工艺中，实现快速遴选氧化剂种类和快速评价氧化剂品质的碳化硅微通道阵列芯片及其制造和使用方法，属于环保快速检测配件领域。

技术介绍

[0002]随着国家对工业废水处理水质要求的提高，各类高级氧化技术(Advanced Oxidation Process，AOP)被广泛的用于保障工业废水达标排放的过程中。高级氧化技术是以废水中污染物为处理对象，以臭氧、含氯氧化物(如次氯酸，高氯酸，二氧化氯等)、过氧化物(如双氧水，过硫酸盐等)等作为氧化剂，在各种能量因素(如微波、UV光、热能、磁场/电场、流体/机械搅拌等)或者非能量因素(如催化剂、加速剂、激发剂等)作用下实现氧化剂对污染物的氧化，从而达到工业废水达标排放的目的。从AOP体系的化学反应机理而言，废水中各类污染物作为电子供体，在AOP反应体系中起到提供电子的作用；各类氧化剂作为电子受体，在AOP反应体系中起到获取电子的作用；各种能量因素起到提升AOP体系所含活化粒子比例与浓度的作用；各种非能量因素主要起到降低AOP系统反应活化能的作用。
[0003]氧化剂是AOP体系中污染物去除的首要影响因素，也直接决定了AOP体系降解污水的直接成本。因此，在保证污染物降解的前提下筛选最佳氧化剂，成为AOP技术在工业污水水质达标的首要任务。然而如何筛选和评价氧化剂尚存两个难点：
①
在实际工程应用前，AOP技术一般会在实验室中，采取预实验的方式对所需AOP氧化剂进行筛选。然而实验室筛选过程存在对仪器条件要求高、测定过程相对繁琐，测试强度大等缺陷，难以达到快速筛选的目的；
②
在实际工程应用后，由于生产企业执行的生产规范、生产工艺、生产设施的不同，使得同类产品存在不同等级的差异，并且氧化剂的库存方式、存放时间等因素也会导致AOP系统运行效果和运行成本上的巨大差别，即便是同批次的氧化剂。
[0004]因此，研发用于快速筛选/评价AOP氧化剂的技术，缩短在工程使用前实验室技术人员对AOP技术各类氧化剂筛选周期，提高工程运营人员在工程中对氧化剂的品质把控能力，至关重要。

技术实现思路

[0005]针对现有AOP技术氧化剂在快速实现种类筛选和快速实现品质控制的需求及相应检测配件的空白，本专利技术提出一种快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片及制造和使用方法。本专利技术为实验室技术分析人员和工程运营人员在AOP技术氧化剂的筛选和评测方面提供一种新型碳化硅微通道阵列芯片。这不仅缩短了在工程使用前实验室技术人员对AOP技术各类氧化剂筛选周期，也能有效提高工程运营人员在工程中对氧化剂的品质把控能力，整体起到降低筛选、测试强度以及特定测定实验设备的要求。
[0006]本专利技术的芯片具有造价低廉、体积微小、操作简单、效果可靠、对氧化剂的筛选速
度和评价速度快的特点，对工业废水工艺设计人员、实验室测试人员和废水处理工程运维人员等环境技术从业者开展AOP工艺技术选择、AOP氧化剂筛选、AOP氧化剂品质控制等多方面工作均具有极大的助力。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片，包括石英玻璃层、导电衬层和碳化硅工作层，所述的碳化硅工作层的表面设置有单向微通道，在碳化硅工作层的上下两侧和左右两端除单向微通道及其出入口外设置有封装导流层，石英玻璃层设置于碳化硅工作层两侧用于夹持碳化硅工作层，导电衬层设置于碳化硅工作层和石英玻璃层之间，用于为碳化硅工作层提供电流，沿着碳化硅工作层两侧通过导线将导电衬层和碳化硅工作层连接为一体。当石英玻璃层或封装导流层无损坏时，碳化硅工作层不可完整取出。
[0009]根据本专利技术，所述的碳化硅工作层是开展AOP氧化剂筛选品质测定的核心场所；由经磁性过渡金属凝胶液改性的微纳米级碳化硅粉末为主要原料，经初级压制、热固处理、单向微通道阵列雕刻、吹扫等工序制造而成；
[0010]优选的，所述的碳化硅工作层的制备原料为微纳米碳化硅粉末和磁性过渡金属凝胶的混合物，磁性过渡金属凝胶中金属离子摩尔比为Co(II)或Cu(II):Fe(II)或Mn(II):Co(III):Fe(III):Ce(III)为1.5～2.2:1.5～2.2:0.30～0.33:0.30～0.33:0.30～0.33；进一步优选的，磁性过渡金属凝胶中的金属阳离子浓度为0.4
‑
0.8mol/L。
[0011]根据本专利技术，优选的，所述的微纳米碳化硅粉末的粒径为10000目～15000目。
[0012]根据本专利技术，优选的，所述的碳化硅工作层的厚度为800μm
‑
1000μm。
[0013]根据本专利技术，优选的，所述的单向微通道为特斯拉阀结构；
[0014]优选的，单向微通道的深度为100
‑
200μm，宽度为200
‑
300μm；
[0015]优选的，单向微通道的数量为四条以上，单向微通道之间的距离为3～5mm；进一步优选的，每条单向微通道在同一个平面内平行分布，使其具备平行阵列的特征。
[0016]根据本专利技术，优选的，所述的石英玻璃层材质为高透光高硼玻璃，分为下承托层和上覆盖层；
[0017]进一步优选的，下承托层的厚度为3mm，用于承托碳化硅工作层；上覆盖层厚度为1mm，用于覆盖碳化硅工作层；石英玻璃层的长宽尺寸与碳化硅工作层的尺寸保持一致。
[0018]根据本专利技术，所述的导电衬层位于碳化硅工作层和石英玻璃层之间，起到为碳化硅工作层提供电流的作用；
[0019]优选的，导电衬层的厚度为100
‑
150μm；
[0020]优选的，所述的导电衬层由平均直径12μm银包覆铜粉在溶解有硅烷偶联剂的乙二醇溶液中分散而成的导电衬胶，经热固化而成；进一步优选的，银包覆铜粉的质量浓度为15
‑
20％，硅烷偶联剂浓度为30
‑
40g/L；
[0021]最优选的，形成导电衬层的导电衬胶中平均粒径12μm银包覆铜粉的含银量为10％，硅烷偶联剂为3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)，硅烷偶联剂的浓度为40g/L。
[0022]根据本专利技术，优选的，所述的封装导流层的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，位于碳化硅工作层上下两侧和左右两端，起到保护碳化硅工作层、形成与碳化硅工作层单向微通道的微流入口和微流出口的作用。
[0023]根据本专利技术，还提供上述快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片的制
备方法，包括步骤如下：
[0024](1)旋涂有导电衬层的石英玻璃下承托层的制备
[0025]采用旋涂机，在石英玻璃下承托层上，分两次以上均匀旋涂导电衬胶并在110
‑
120℃空气气氛固化，此时在石英玻璃下承本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片，其特征在于，该芯片包括石英玻璃层、导电衬层和碳化硅工作层，所述的碳化硅工作层的表面设置有单向微通道，在碳化硅工作层的上下两侧和左右两端除单向微通道及其出入口外设置有封装导流层，石英玻璃层设置于碳化硅工作层两侧用于夹持碳化硅工作层，导电衬层设置于碳化硅工作层和石英玻璃层之间，用于为碳化硅工作层提供电流，沿着碳化硅工作层两侧通过导线将导电衬层和碳化硅工作层连接为一体。2.根据权利要求1所述的快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片，其特征在于，所述的碳化硅工作层的制备原料为微纳米碳化硅粉末和磁性过渡金属凝胶的混合物，磁性过渡金属凝胶中金属离子摩尔比为Co(II)或Cu(II):Fe(II)或Mn(II):Co(III):Fe(III):Ce(III)为1.5～2.2:1.5～2.2:0.30～0.33:0.30～0.33:0.30～0.33；优选的，磁性过渡金属凝胶中的金属阳离子浓度为0.4
‑
0.8mol/L。3.根据权利要求2所述的快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片，其特征在于，所述的微纳米碳化硅粉末的粒径为10000目～15000目。4.根据权利要求1所述的快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片，其特征在于，所述的碳化硅工作层的厚度为800μm
‑
1000μm。5.根据权利要求1所述的快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片，其特征在于，所述的单向微通道为特斯拉阀结构；优选的，单向微通道的深度为100
‑
200μm，宽度为200
‑
300μm；优选的，单向微通道的数量为四条以上，单向微通道之间的距离为3～5mm；进一步优选的，每条单向微通道在同一个平面内平行分布。6.根据权利要求1所述的快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片，其特征在于，所述的石英玻璃层材质为高透光高硼玻璃，分为下承托层和上覆盖层；优选的，下承托层的厚度为3mm，用于承托碳化硅工作层；上覆盖层厚度为1mm，用于覆盖碳化硅工作层。7.根据权利要求1所述的快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片，其特征在于，导电衬层的厚度为100
‑
150μm；优选的，所述的导电衬层由平均直径12μm银包覆铜粉在溶解有硅烷偶联剂的乙二醇溶液中分散而成的导电衬胶，经热固化而成；进一步优选的，银包覆铜粉的质量浓度为15
‑
20％，硅烷偶联剂浓度为30
‑
40g/L；优选的，所述的封装导流层的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，位于碳化硅工作层上下两侧和左右两端，起到保护碳化硅工作层、形成与碳化硅工作层单向微通道的微流入口和微流出口的作用。8.权利要求1
‑
7任一项所述的快速筛选/评价AOP氧化剂的碳化硅微通道阵列芯片的制备方法，包括步骤如下：(1)旋涂有导电衬层的石英玻璃下承托层的制备采用旋涂机，在石英玻璃下承托层上，分两次以上均匀旋涂导电衬胶并在110
‑
120℃空气气氛固化，此时在石英玻璃下承托层表面形成导电衬层，每次旋涂
‑
固化形成的导电衬层厚度为20
‑
30μm，经4
‑
5次重复后即可形成厚度为100
‑
150μm厚度的导电衬层；所述的导电衬胶由平均直径12μm银包覆铜粉在溶解有硅烷偶联剂的乙二醇溶液中分
散而成；(2)碳化硅工作层的制备
①
在80
±
5℃聚四氟乙烯瓶中，以DMF浓度为5～10g/L的无水乙醇为溶剂，进一步配制金属阳离子浓度为0.4
‑
0.8mol/L且金属离子摩尔比为Co(II)或Cu(II):Fe(II)或Mn(II):Co(III):Fe(III):Ce(III)为1.5～2.2:1.5～2.2:0.30～0.33:0.30～0.33:0.30～0.33的澄清磁性过渡金属凝胶液；
②
将10000～15000目的微纳米碳化硅粉末分两次以上加入上述
①
的80
±
5℃磁性过渡金属凝胶液，在超声波震荡器中进行分散直至溶液的动力粘度系数为10000～11000mPa
·
s后停止添加微纳米碳化硅粉末，得到碳化硅工...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐元峰，薛佳雯，权笑，畑俊充，郗斐，江波，施雪卿，李一凡，
申请(专利权)人：浙江坚膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：