一种仿生淡水采集纤维的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提出一种仿生淡水采集纤维的制备方法及其应用，具体包括步骤一：纤维的固定；步骤二：制备质量分数为5～9％的聚合物溶液；步骤三：进行提拉，产生突起节；步骤四：浸没在纳米溶液，再进行提拉，得到具有微纳米结构的仿生淡水采集纤维。本发明专利技术提出的仿生淡水采集纤维的制备方法过程简单，可操作性强，对环境无任何伤害；制备得到的纤维表面的突起节均匀可控，其表面具有更微观的突起或微孔，增加了空气水滴的碰撞几率和铺展速度，使得集水的效率得以提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学仿生
，具体涉及一种仿生淡水采集纤维的制备方法及其应用。
技术介绍
目前，水资源匮乏已成为世界性问题，其将严重影响国民经济的可持续发展和国家生态安全，且对人类的生存构成了极大的威胁。根据联合国环境规划署的数据，全球干旱地区的面积约占陆地总面积的41%。而在我国，干旱地区的面积也达到了 2.5X106km2，约占国土面积的1/4。并且，随着全球变暖所引起的气候异常，水资源匮乏的问题在有的地方也愈演愈烈。此外，有的沿海地区也因为面临淡水资源匮乏的局面，不得不耗费大量的能源进行海水淡化。然而与此同时，人们却注意到，即使是极度缺水的地区，在雾气中也含有大量的水份。因此，如果能够充分利用雾气中的水份，使其在某种条件下凝结并收集就有望在很大程度上解决水资源匮乏的问题。自然界中的生物经过长期的进化过程获得了在极度缺水环境中生存的本领。仿生制备低能耗、高效率、环境友好的新型集水材料有望成为解决水资源匮乏问题的新途径。传统的集水材料一般是亲水的织物或者导热性质好的金属。例如，秘鲁政府为开发雾水资源， 在该国西临太平洋的多雾地区设立了两个雾水收集站。雾水收集器用尼龙网制成，尼龙网支架下用一个大铁盘收集。其雾水收集量换算成降雨量分别是四6. 8毫米和165. 1毫米。 西班牙科学家还专利技术了一种由聚氨基甲酸乙酯制成的人造树，这种酚泡沫塑料吸水性能非常强，与雾的接触面积又很大，散热很快，因而能够凝聚大量的水份。我国许多生活在多雾气候地区的居民也已经开始用类似的传统集水材料从雾气中收集淡水。尽管如此，这些方法集水效率都有待提高，目前，还无法满足缺水地区的需求。
技术实现思路
针对现有技术中集水效率不高，无法满足广大缺水地区对水的需要，且成本高、不环保的缺陷，本专利技术提出一种仿生淡水采集纤维的制备方法及其应用，可以高效的收集空气中的微小水滴而使之成为淡水，并可以除雾的仿生集水纤维。本专利技术提出的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，具体包括以下几个步骤步骤一纤维的固定利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维平均直径优选5 100 μ m，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机上。步骤二 制备质量分数为5 9%的聚合物溶液。将聚合物添加至溶剂中，搅拌Mh以上，得到澄清透明聚合物溶液，所述的溶剂为 N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃；所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。步骤三提拉产生突起节将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s以上，以150 200mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min以上，得到具有突起节的纤维。步骤四提拉增加表面微纳米结构将制备得到的具有突起节的纤维浸没在纳米溶液中，浸泡时间为30s以上，然后进行慢速提拉，提拉速度小于等于50mm/min，在室温下干燥IOmin以上，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。所述的纳米溶液具体为纳米材料溶于有机溶剂并超声30min以上所形成的纳米溶液，质量分数为10%以上。纳米材料优选为纳米球、纳米棒、纳米颗粒或纳米管。所述的有机溶剂优选丙酮、四氢呋喃、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-二甲基乙酰胺(DMA)。应用本专利技术提出的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，用于编织成仿生淡水采集纤维网，网格面积优选为0. 25 Icm2，该仿生淡水采集纤维网在90%湿度下收集水滴时， 水滴会在纤维上相邻突起节之间进行聚集，当水滴聚集到足够大时，在重力作用下，自动掉落，可采用收集器收集水滴。本专利技术具有的优点在于1、本专利技术提供的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，过程简单，可操作性强，对环境无任何伤害；2、本专利技术提供的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，所使用的聚合物具有良好的户外稳定性，不易降解，耐用，可延长使用年限；3、本专利技术提供的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，制备得到的纤维表面的突起节均勻可控，其表面具有更微观的突起或微孔，增加了空气水滴的碰撞几率和铺展速度，使得集水的效率得以提高；4、本专利技术提供的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，利用该制备方法制备得到的纤维网，提供了较大湿度下的集水量、耐久性和经济性。因此宜用于在滨海沙漠、海岛、远洋船只和多雾山区等，收集空气中的水滴成为可使用的淡水，以及机场、高速公路、灯塔等周围的浓雾驱散和消散，其收集淡水的成本远低于海水淡化的成本。附图说明图1 本专利技术提供的仿生淡水采集纤维制备方法的流程图；图2-A 本专利技术提供的仿生淡水采集纤维在光学显微镜下的突起节纤维结构图；图2-B 本专利技术提供的仿生淡水采集纤维的光学显微镜下的突起节纤维结构放大图；图2-C 本专利技术提供的仿生淡水采集纤维的光学显微镜下的突起节末端表面微孔结构图；图2-D 本专利技术提供的仿生淡水采集纤维的光学显微镜下的突起节中间表面微孔结构图；图3 本专利技术提供的仿生淡水采集纤维突起节中间表面微凸扫描电镜图；图4 本专利技术提供的仿生淡水采集纤维网的结构示意图。具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提出的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，如图1所示，具体包括以下几个步骤步骤一纤维的固定利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维平均直径优选为5 ΙΟΟμπι，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(优选为 DipMaster 50型)上。所述的纤维为合成纤维、人造纤维、天然纤维或无机高分子纤维。选择合成纤维时，优选为尼龙纤维，选择人造纤维时，优选铜氨纤维，选择天然纤维时，优选蚕丝纤维，选择无机高分子纤维时，优选碳纤维。当优选为尼龙纤维时，尼龙纤维平均直径优选为15 30 μ m，进一步优选为18 μ m;当优选为铜氨纤维时，铜氨纤维的平均直径优选为 30 100 μ m，进一步优选75 μ m;当优选为蚕丝纤维时，蚕丝纤维的平均直径优选为15 25 μ m,进一步优选为20 μ m,当优选为碳纤维时，碳纤维的平均直径优选为5 10 μ m，进一步优选为8 μ m。步骤二 制备质量分数为5 9%的聚合物溶液。将聚合物添加至有机溶剂中，搅拌Mh以上，得到澄清透明聚合物溶液，所述的有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃；所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。优选的，在制备聚合物溶液中还含有挥发性溶剂(优选为丙酮或乙醇)，挥发性溶剂的质量分数满足8 15%，优选为10%。步骤三提拉产生突起节将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s以上，以150 200mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥IOmin以上，得到具有突起节的纤维。干燥条件优选为湿度为40% 80%，温度为20 30°C，再在干燥箱中干燥10 15min。步骤四提拉增加表面微纳米结构将制备得到的具有突起节的纤维浸没在纳米溶液中，浸泡时间为30s以上，然后进行慢速提拉，提拉速度小于等于50mm/min，提拉完成后，在室温下干燥IOmi本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种仿生淡水采集纤维的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤一：利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，将支架固定在提拉涂膜机；步骤二：将聚合物添加至有机溶剂中，搅拌２４ｈ以上，得到制备质量分数为５～９％的聚合物溶液；步骤三：将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，然后以１５０～２００ｍｍ／ｍｉｎ的速度进行提拉，提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥，得到具有突起节的纤维；步骤四：将制备得到的具有突起节的纤维浸没在纳米溶液中，然后以小于等于５０ｍｍ／ｍｉｎ的速度进行提拉，提拉完成后，干燥，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑咏梅，陈媛，江雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11