本发明专利技术提出一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件及其应用方法，所述的油水分离器件包括具有微纳米分级结构网膜的油水分离装置、恒定水面装置、引流装置、水收集装置和光源装置，具有微纳米分级结构网膜的油水分离装置由油水混合物集液装置和微纳米分级结构网膜构成，微纳米分级结构网膜由具有微米结构的孔状结构织物网基底材料和与其表面垂直的纳米棒阵列结构材料层构成，微纳米分级结构网膜经暗态存储后可获得超疏水性，经紫外光照时可获得超亲水性。本发明专利技术提供的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件具有稳定、高效、环境友好等优点。应用本发明专利技术进行油水分离控制，可以实现光控水渗透网膜而油不渗透网膜，可以重复多次使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学化工、功能材料
，特别涉及。
技术介绍
固体表面可控浸润性在解决具有挑战性的世界难题如防雾，防覆冰，减阻，自清洁，油污染水分离等方面引起了人们的广泛关注，并体现出了其优势。近年来，固体表面浸润性对外界刺激的响应性研究得到了研究人员的广泛关注，如光响应，电响应，热响应，PH 响应、溶剂响应和光电协同响应等。研究表明，化学组成和几何结构是控制表面浸润性的两个主要因素。微纳米结构经常被引入不同的材料薄膜用于增强浸润性的响应范围，特别是光响应材料，在不同的固体基底上表面浸润性可以实现超疏水与超亲水的可逆转变，而且具有优良的可控性。基于这种极端的浸润性转变，实现了可控的水渗透膜，这些水渗透膜在设计新颖的微/纳流体器件和生物活动的理解方面具有极其重要的意义。最近，多功能的表面，特别是处理油污染的水方面引起了世界各国的关注。基于材料表面对油和水固有的特殊表面浸润性，中国专利技术专利CN1387932A、CN1721030A、 CN101518695A 和 CN200910217895. 3 以及文献 Angew. Chem. Int. Ed. 2004，43，2012 ； Nanotechnology 2007，18，015103 ；Macromol. Rapid Comm. 2006，27，804 ；J. Mater. Chem. 2007,17,4772 ；ACS Appl. Mater. Interfaces 2009,1,2613 ；ACS Appl.Mater. Interfaces 2010,2,677 ；Carbon 2010,48,2192 ；Phys. Chem. Chem. Phys. 2011，13，14606 等中报道了“油去除型”油水分离薄膜，但是油去除型油水分离薄膜存在着许多的不足，如制造过程复杂，有的使用了成本高且污染环境的含氟化合物，不适合于大量水中的少量油的油水混合物分离，而且在油水分离过程中容易污染分离网或网膜等等。接着，中国专利技术专利CN102029079A中公开了具有水下超疏油性质的油水分离网膜及其制备方法，实现了“水去除型”油水分离膜。虽然在这方面有了一定的进展，但是实现稳定、高效率的外场刺激响应控制的油水分离仍然具有巨大的挑战。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出。所述的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件是通过光控制微纳米分级结构网膜的表面浸润性变化，进而实现光控油水分离的器件。光控微纳米分级结构网膜的表面浸润性变化是指从超疏水到超亲水的转变，制备得到的微纳米分级结构网膜经暗态存储可以实现超疏水，紫外光照射下微纳米分级结构网膜的表面呈超亲水性。在具有孔状结构织物网基底上制备的一种紫外光照前具有超疏水性能，紫外光照后具有超亲水特性，且所述的微纳米分级结构网膜在暗态存储后及紫外光照下均具有水下超疏油特性的纳米结构阵列材料，具有高效率的光控制油水分离性能。该光控制油水分离器件的油水分离特性是由其具有的微纳米分级结构网膜在紫外光照前后的亲疏水性变化及在水下形成特殊的稳定油/水/固复合界面所共同决定的，而该微纳米分级结构网膜的超亲水性是经紫外光照射后产生的，其具有水下自清洁、对水稳定且环境友好的特性。本专利技术为推动光控制油类(含与水不相溶的有机溶剂)与水分离、过滤、微反应器等领域的器件开发与应用提供了理论指导和技术支持。本专利技术提出的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，包括具有微纳米分级结构网膜的油水分离装置、恒定水面装置、引流装置、水收集装置和光源装置。所述的 具有微纳米分级结构网膜的油水分离装置由油水混合物集液装置和微纳米分级结构网膜构成。所述的油水混合物集液装置为两端通透的管状或漏斗状容器，其侧壁上可设置一个导液口 A，直径为1 10cm，距离底部5 30cm，用于导出分离得到的油。所述的微纳米分级结构网膜通过固体胶或封口膜固定于油水混合物集液装置的通透的两端中底端一端， 通过该微纳米分级结构网膜将油水混合物集液装置的底端封住；底部固定有微纳米分级结构网膜的油水混合物集液装置水平置于恒定水面装置上，可用带有夹子的铁架台将油水混合物集液装置固定，使微纳米分级结构网膜处于恒定水面装置内底部中央，微纳米分级结构网膜与恒定水面装置底部相距0 lcm。恒定水面装置的顶部侧壁边缘具有一个侧面切口，用于控制水面高度，恒定水面装置一般为有底的无盖柱形容器，侧面切口处于无盖端。侧面切口顶端距低端的水平方向距离(即侧面切口顶端所处的与恒定水面装置底部平面相垂直的平面距离侧面切口低端的距离)为恒定水面装置底部圆面直径的1/10 1/2，且该侧面切口的底端较置于恒定水面装置中的微纳米分级结构网膜的位置高0 Icm ；该侧面切口用于使微纳米分级结构网膜处于水环境中，水面恒定且水面较微纳米分级结构网膜高0 Icm ；该侧面切口的目的是保证恒定水面装置内的液体量和液面恒定，即向恒定水面装置中加水时，当水面达到该切口的底端时，继续加液体时多余的液体会自动从该侧面切口处流出。所述的恒定水面装置水平置于引流装置内部；引流装置一般选择漏斗状装置。该引流装置可以将从恒定水面装置侧面切口流出的水汇集后，从其漏斗状装置下端口流出； 所述的恒定水面装置侧面切口下方底端与引流装置的内壁之间存在缝隙，该缝隙的尺寸为恒定水面装置柱形容器底部外接圆面直径的1/10 1/3。所述的水收集装置水平位于引流装置下方，用于收集引流装置流出的水，且该水收集装置的侧壁上还可设置有导液口 B，用于导出分离得到的水，导液口 B的直径为水收集装置容器直径的1/10 1/2 ；距离水收集装置底部1 IOcm处。所述的光源装置置于水收集装置的上方，其光源为紫外光源，波长为200 400nm，强度为1 800mW/cm2。恒定水面装置和引流装置的底部为透明材质，如透明石英玻璃，因此可以将光源装置发出的光朝向微纳米分级结构网膜方向照射。所述的微纳米分级结构网膜在暗态存储后具有超疏水特性，紫外光照下微纳米分级结构网膜具有超亲水特性，所述的微纳米分级结构网膜在暗态存储后及紫外光照下均具有水下超疏油特性。所述的微纳米分级结构网膜由具有微米结构的孔状结构织物网基底材料和与其表面垂直的纳米棒阵列结构材料层构成，纳米棒阵列结构材料层垂直生长在具有微米结构的孔状结构织物网基底材料表面，该微纳米分级结构网膜的超亲水性是经紫外光照射后产生的，超亲水性是纳米棒阵列结构材料层具有经紫外光照射后亲水性增强的性质，光照后纳米棒阵列结构材料层的材料表面化学组成发生了变化，同时微米结构的孔状结构织物网基底材料和与其表面垂直的纳米棒阵列结构材料层中的微米和纳米结构也增强了微纳米分级结构网膜的亲水性，即使其获得超亲水性。所述的纳米棒阵列结构材料层中的纳米棒的长度在Iym 10 μπι之间，优选为 2 μ m 8 μ m，纳米棒的直径在25nm 2 μ m，优选为50nm 500nm ；纳米棒与纳米棒之间的间距在20nm 2 μ m之间，优选为60nm 450nm ；纳米棒阵列结构材料层的纳米棒是无机材料；所述的无机材料选自氧化锌材料、氧化钛材料或氧化锡材料中一种；所述的具有微米结构的孔状网状织物网基底材料为不锈钢、铜、铝、铁或钛金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田东亮，张孝芳，王女，翟锦，江雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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