本发明专利技术公开一种对插型锥形阵列板的通路结构，制备及其应用。本发明专利技术的对插型锥形阵列板的通路结构对正己烷、汽油、柴油和硅油等油水乳液均有很好的分离效果，尤其适用于含有表面活性剂的油水乳液分离。在对含表面活性剂的油水乳液进行油水分离时，具有分离速度快(可达100mL/min)、分离效率高(≥93％)、能连续分离，易清洗，可重复利用，稳定性好，与油水乳液接触面积大，且成本低、耗能小、无需添加其他化学试剂，环境友好等优点。该对插型锥形阵列板的通路结构制作成本低廉，原料易得，制作工艺简单，可用于大规模制备。可用于大规模制备。可用于大规模制备。
【技术实现步骤摘要】
一种对插型锥形阵列板的通路结构，制备及其应用
[0001]本专利技术涉及功能材料
更具体地，涉及一种对插型锥形阵列板的通路结构，制备及其应用。
技术介绍
[0002]随着工业的发展，洁净的水资源尤其是可饮用的淡水资源日趋紧张，如何从工业废水中再回收处理得到洁净水资源继续使用便成为现阶段研究的重点。传统的工业废水常为含油废水，其中油水乳液因其尺寸小、稳定性高等特点成为油水分离的重难点，而且在工业生产中往往用到大量表面活性剂，这更是极大的提高了含油废水的稳定性。传统的分离方法如静置重力法，吸附法和浮选法只适用于油水混合物的分离，并不适用于乳液分离，目前乳液分离常用的方式为膜分离，已报道的膜种类较多，如全无机膜(Sci Rep 5,9688(2015).)及有机膜(RSC Adv.,2015,5,57101
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57113)，其主要是基于尺寸筛分效应实现的乳液分离。但是常见的膜分离方式较难实现对大量废水的连续分离工作，而且常常需要清洗更换，既可能导致废水无法及时处理，也可能影响生产进度，亦或者存在对含表面活性的油水乳液分离中性能不佳、分离循环次数较少、能源耗损高、二次污染，不能高效快速处理乳化含油废水等诸多问题。为了克服上述问题，近期有研究者报道了一种表面疏水亲油的油水分离管，通过利用油水分离管内锥形阵列上的含铜纳米棒状结构刺破油滴，然后在拉普拉斯压力差驱动下定向移动到锥阵列根部，油滴会透过基底的金属网孔，实现了油水分离目的，但该油水分离管的锥阵列与油水乳液接触面积较小，并且结构上侧壁未进行密封处理，存在当油水分离管较长时，为了保证出口流量而增大入口压力，使侧壁承受较大压力而出现渗液的风险。
[0003]因此，研究一种分离效果好、分离速度快、处理量大、可连续处理、接触面积大、密封性的油水分离装置，显得十分重要。
技术实现思路
[0004]基于以上缺陷，本专利技术的第一个目的在于提供一种对插型锥形阵列板的通路结构。该对插型锥形阵列板的通路结构对正己烷、汽油、柴油和硅油等油水乳液均有很好的分离效果，尤其适用于含有表面活性剂的油水乳液分离，可连续分离，易清洗，具有分离效率高、分离速度快、稳定性好、环境友好等优点。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种制备上述通路结构的制备方法。该对插型锥形阵列板的通路结构制作成本低廉，原料易得，制作工艺简单，可用于大规模制备。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提供一种利用如上通路结构在油水分离中的应用。
[0007]为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0008]本专利技术提供一种对插型锥形阵列板的通路结构，包括呈对插设置的第一锥形阵列板和第二锥形阵列板，由所述第一锥形阵列板和第二锥形阵列板对插形成的通路结构，以及在所述通路结构的外侧壁上设置有进液口和出液口；其中，
[0009]所述第一锥形阵列板包括第一基板及呈蜂窝状排列于其上的第一锥形阵列，所述第二锥形阵列板包括第二基板及呈蜂窝状排列于其上的第二锥形阵列，锥高度、相邻锥间距以及锥底部直径为毫米尺度，锥表面纹理为微米尺度；
[0010]所述通路结构呈回型状，且其内表面是疏水的。
[0011]本专利技术提供的对插型锥形阵列板的通路结构可以有效利用锥形阵列的表面纹理和凸起，实现与流动乳液中油滴的碰撞与捕获，然后在拉普拉斯压差的驱动下将油滴定向输送到锥形阵列根部，实现对油滴的收集，收集的油滴汇聚后形成油膜，浮于水层上，随液流排出通路外，实现了油水分离的目的。对插的第一锥形阵列板和第二锥形阵列板增大了与流动乳液中油滴的碰撞面积，在有限的通路长度下完成更多的碰撞机率，为进一步提高分离效率提供了先决条件。
[0012]进一步，所述油水乳液中油相包括但不限于正己烷、正十六烷、异辛烷、汽油、柴油、硅油中的一种或多种。
[0013]进一步，所述第一锥形阵列和第二锥形阵列的锥高度为1
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8mm，相邻锥间距为1
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4mm，锥底部直径为0.5
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2mm。
[0014]在一个具体实施方式中，形成的流动通路为回型通路，还可以通过调整第一锥形阵列板和第二锥形阵列板的对插形式设计出其他形状的流动通路，其目的为了在有限的整体尺寸下设计更长的通路长度，以提高锥形阵列与流动乳液中油滴的碰撞与捕获的机会。
[0015]进一步，所述第一锥形阵列板和第二锥形阵列板的材质为Anycubic光敏树脂，为3D打印技术中常用的一种普通刚性光敏树脂。
[0016]进一步，所述通路结构的面积为162～648cm2。
[0017]进一步，当通路结构的面积为162～324cm2时，油水乳液的分离效率为93％
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95％；优选地，当通路结构的面积为324～486cm2时，油水乳液的分离效率为95％
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98％；优选地，通路结构的面积为486～648cm2时，油水乳液的分离效率为98％
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99％。
[0018]需要说明的是，在本专利技术中将面积为162cm2的通路结构作为一个单位处理面积进行分离性能的考量，在一个单位处理面积下，可以设计多组长宽组合关系，例如18cm*9cm，27cm*6cm，54cm*3cm等，当通路结构为18cm*9cm时，可实现对含表面活性剂的油水乳液分离效率不低于93％的分离效果，本领域技术人员可以根据应用需要直接增加通路结构面积或是采用一个单位处理面积的通路结构进行多次分离处理油水乳液的方式来提高分离效率，当采用直接增加通路结构面积时，实际通路结构的面积可以为1～4倍的单位处理面积，例如1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.7倍、1.9倍、2.1倍、2.2倍、2.5倍、2.7倍、2.9倍、3.1倍、3.2倍、3.5倍、3.7倍、3.9倍等。
[0019]为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0020]本专利技术提供一种制备如上通路结构的方法，包括如下步骤：
[0021]通过三维软件构建第一锥形阵列板模型和第二锥形阵列板模型，设置模型参数，然后将原料倒入料槽内，使用3D打印机对模型进行打印制得第一锥形阵列板和第二锥形阵列板，将第一锥形阵列板和第二锥形阵列板的表面进行疏水化修饰并实现对插，再对侧壁进行密封处理，并在侧壁上预留有进液口和出液口。
[0022]为保证打印完整性，打印前，需将料槽内的原料(即Anycubic光敏树脂)加至最高刻度线处。
[0023]进一步，所述3D打印机的参数设置为光强50％
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80％，层厚10
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50μm切片。
[0024]进一步，所述模型参数包括锥高度、相邻锥间距以及锥底部直径。
[0025]为达到上述第三个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0026]本专利技术提供一种利用如上通路结构在油水分离中的应用。
[0027]进一步，所述油水分离为含有表面活性剂的油水乳液的分离。所述表面活性剂包括阴离子表面活性本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种对插型锥形阵列板的通路结构，其特征在于，包括呈对插设置的第一锥形阵列板和第二锥形阵列板，由所述第一锥形阵列板和第二锥形阵列板对插形成的通路结构，以及在所述通路结构的外侧壁上设置有进液口和出液口；其中，所述第一锥形阵列板包括第一基板及呈蜂窝状排列于其上的第一锥形阵列，所述第二锥形阵列板包括第二基板及呈蜂窝状排列于其上的第二锥形阵列，锥高度、相邻锥间距以及锥底部直径为毫米尺度，锥表面纹理为微米尺度；所述通路结构呈回型状，且其内表面是疏水的。2.根据权利要求1所述的通路结构，其特征在于，所述油水乳液中油相包括正己烷、正十六烷、异辛烷、汽油、柴油、硅油中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的通路结构，其特征在于，所述第一锥形阵列和第二锥形阵列的锥高度为1
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8mm，相邻锥间距为1
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4mm，锥底部直径为0.5
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2mm。4.根据权利要求1所述的通路结构，其特征在于，所述第一锥形阵列板和第二锥形阵列板的材质为Anycubic光敏树脂。5.根据权利要求1～4任一所述的通路结构，其特征在于，所述通路结构的面积为162
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648cm2；优选地，当通路结构的面积为162
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324cm2时，油水...
【专利技术属性】
技术研发人员：王兵，戴浩宇，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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