一种组合式雾水-露水收集器的制备方法技术

本发明专利技术提供一种组合式雾水

【技术实现步骤摘要】
一种组合式雾水
‑
露水收集器的制备方法


[0001]本专利技术属于杂化润湿性表面制备
，特别涉及制备具有高效雾水收集材料表面领域的制备方法。

技术介绍

[0002]从空气中获得干净的水资源是解决干旱半干旱地区缺水问题的一种重要方法。提高材料从空气中水收集效率仍然是一个需要克服的巨大挑战。
[0003]在此，在自然生物的启发下，提出了一种新的组合式雾水
‑
露水收集器。该材料将捕获部分制备为凹凸相间的等级结构，并赋予不同的化学润湿性，将Janus海绵作为储存部分，以机械组装的方式连接在一起，构成雾水/露水收集系统。这种组合的方式可以通过调节整个雾收集过程中的液体行为来提高收集效率，包括从捕获的过程中液滴的成核、锥结构通道上高速传输以及从Janus海绵上分离液滴和储存。通过锥状捕获和海绵分离收集的协同效应，提高了雾收集效率。除此之外，集雾系统可以在常规过冷的条件下进行有效的露水收集。25分钟内收获的重量为11.8g的雾水，45分钟内可以收集2.79g的露水。现基于以上优异性能，该集雾系统可以进行大规模推广。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种大规模、高效的方法来制备新的组合式雾水
‑
露水收集器。利用模板法制备凹凸结构、掩膜法和喷涂法结合赋予杂化润湿性、机械组装的方式得到出雾水/露水收集系统。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是：一种组合式雾水
‑
露水收集器的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
[0006]A.通过具有圆形和矩形图案相结合的模板(图8)分两步按压锌片，首先，在圆形处施加300N的机械力按压出具有线性排列的圆形凸起，每个凸起的间距为2mm，随后反转模板，在模板有矩形的地方施加300N的机械力按压得到矩形沟槽。最终得到了具有凹凸结构的锌片。将制备好的锌片依次放入乙醇、丙酮中并进行超声清洗10min。
[0007]B.甲酰胺和离子水按照1：95的比例混合后得到碱氨刻蚀溶液，将步骤A的锌片放入，并在油浴中加入至65℃，保持24h。随后去除清洗烘干。在紫外灯(20w,254nm)下照射30min，距离为10cm，以获得超亲水的润湿性。
[0008]C.利用疏水改性剂，将步骤B中锌板的凸起和凹槽处遮盖，对未遮盖的部分进行喷涂，喷涂距离25cm，喷涂次数为1次。随后进行最终获得具有杂化润湿性的锌片。最后，通过机械卷曲，夹住扇形的两个边，将原为扇形的锌片卷曲成具有顶角10.8
°
，底部直径为2cm的圆锥针，并通过金属胶粘合。
[0009]D.用小型切割机将市场上购买的三聚氰胺海绵切成50mm x 50mm x 20mm的矩形，然后用酒精清洗干燥并重复三次。随后用热加工棒与地面水平的角度分两次按压海绵表面，两次按压为交叉按压，交叉角度为90
°
，但保持水平位置不变，为使其呈现线性凸起的小
方块图案。热处理后，将样品清洗并用乙醇干燥并重复三次。随后使用疏水型纳米二氧化硅对热加工的表面进行喷涂，得到表面超疏水
‑
内部超亲水的Janus海绵.
[0010]E.在Janus海绵上在每个小凸起方块的中心，由热加工的方式，将加热棒垂直的在凸起方块的中心向下按压，得到具圆锥形的孔洞，孔洞刚刚好能贴合圆锥针。制备的锥形针和Janus海绵进行机械组装，得到收集器。
[0011]作为优选，通过模板按压锌片，按压力度为300N，方式为机械按压。
[0012]作为优选，疏水改性剂的方法为：通过典型的酸碱中和反应合成，其中Al(OH)3以3：1的摩尔比逐渐加入到稀释的正磷酸(H3PO4，60％)中。反应在100℃搅拌下进行3小时。将AP粘合剂与去离子水按照3:10的比例混合。超声处理10min后，稀释AP粘合剂与纳米SiO2纳米颗粒按照6：100的比例混合，并搅拌10min。
[0013]作为优选，热加工出不同装配角度的凹槽，其角度分别为15
°
、20
°
、25
°
。
[0014]作为优选，按压模板的具体要求为，矩形与矩形中间的间隔为1cm，而圆形与圆形之间的间隔为2mm，圆形位于两个矩形中间位置。
[0015]作为优选，使用的金属胶主要成份是α
‑
氰基丙烯酸酯胶，为市场上常用的金属粘合剂。
[0016]作为优选，模具以及按压后得到的沟槽的长度为6cm，宽度2mm。
[0017]作为优选，海绵上热加工成型的凸起矩形，长为4cm，宽为4cm，高度1cm。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0019]1.制备工艺成熟，原料易得，成本低廉。
[0020]2.凹凸
‑
杂化的润湿性表面能够高效的收集雾水和露水。
[0021]3.锥形针结合Janus海绵构成的收集系统在捕获、运输、转移、储存上具有独特优势。
[0022]4.模块化的收集系统可以组装拆分方便且易携带，可实现偏远沿海或内陆地区携带式的雾水收集。
附图说明
[0023]图1：流程图(a)多生物启发的快速捕雾锥形针的制备过程；(b)具有高效传输和高储备能力的Janus海绵的制备；(c)集雾系统的组合示意。
[0024]图2：(a)多种集水生物启发的高效捕雾锥形针示意图；(b)锥形针的凹凸表面形貌结构及杂化润湿性以及俯视图；(c)整体捕雾系统概念和Janus海绵的运输部位及储存部位SEM图像；(d)雾收集的进程，包括(I)液滴捕获、运输(II)液滴分离、运输(III)储存。
[0025]图3：集雾系统中收集部分的表面形貌、化学成分表征以及液滴行为。(a)凹/凸
‑
杂化润湿性表面的sem图像及EDS图谱；(b)捕获雾滴后形成的液滴在表面的行为；(c)FTIR；(d)XRD；(e)xps全谱；(f)锌的精细峰图谱。
[0026]图4：锥形针上的雾收集和液滴运输行为。不同直径亲水位点上的液滴收集和脱落光学图片(a)1mm；(b)2mm和(c)3mm；(d)单位时间内三种润湿性配比的雾收集量对比；(e)对比液滴在三个润湿性配比上的液滴行为时间；(f)平面、凹结构、凹凸结构上雾收集时表面的现象；(g)凹凸结构促进雾收集。
[0027]图5：锥形针和不同的润湿性表面结合。(a)超亲水表面；(b)Janus表面，无锥形孔；
(c)Janus表面带有锥形孔；(d)三种润湿性表面装配下收集系统在25分钟内收集量的动态变化；(e)不同组合结构的集雾系统的集雾效率。
[0028]图6：锥形孔与锥形针协同作用下对液滴转移和分离的促进。不同角度锥形孔的组合，(a)无锥形孔；(b
‑
d)具有15
°‑
25
°
圆锥形孔的Janus海绵组合下的液滴行为；(e)锥形孔的直径D和α的关系，合理的锥形孔角度促进转移并抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合式雾水
‑
露水收集器的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：A.通过具有圆形和矩形图案相结合的模板分两步按压锌片，首先，在模板有圆形处施加300N的机械力按压出具有线性排列的圆形凸起，每个凸起的间距为2mm，随后反转模板，在模板有矩形的地方施加300N的机械力按压得到矩形凹槽，最终得到具有凹凸结构的锌片；将制备好的锌片依次放入乙醇、丙酮中并进行超声清洗10min；B.将甲酰胺和离子水按照1：95的比例混合后得到碱氨刻蚀溶液，将步骤A得到的锌片放入，并在油浴中加热至65℃，保持24h；随后去除清洗烘干，在20w,254nm的紫外灯下照射30min，距离为10cm，以获得超亲水的润湿性；C.利用疏水改性剂，将步骤B得到的锌片的凸起和凹槽处遮盖，对未遮盖的部分进行喷涂，喷涂距离25cm，喷涂次数为1次，随后获得具有杂化润湿性的锌片；最后，通过机械卷曲，夹住扇形的两个边，将原为扇形的锌片卷曲成具有顶角10.8
°
，底部直径为2cm的圆锥针，并通过金属胶粘合；D.用小型切割机将的三聚氰胺海绵切成50mm x 50mm x 20mm的矩形，然后用酒精清洗干燥并重复三次；随后用热加工棒与地面水平的角度分两次按压海绵表面，两次按压为交叉按压，交叉角度为90
°
，但保持水平位置不变，为使其呈现线性凸起的小方块图案；热处理后，将样品清洗并用乙醇干燥并重复三次；随后使用疏水型纳米二氧化硅对热加工的表面进行喷涂，得到表面超疏水
‑
内部超亲水的Janus海绵；E.在Janus海绵上在每个小凸起方块的中心，用热加工的方式，将加热棒垂直的在凸起方块的中心向下按压，得到具圆锥形的孔洞，孔洞刚刚好能贴合圆锥针，制备的锥形针和Janus海绵进行机械组装，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志光，傅烨，艾书伦，辛燕，杨付超，郑自建，黄金霞，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：