一种蒸汽滴状冷凝换热表面的制备方法技术

一种蒸汽滴状冷凝换热表面的制备方法，包括：预处理、自组装、加载离子液体阳离子、后处理等步骤。本发明专利技术能有效降低紫铜表面自由能，从而实现蒸汽滴状冷凝。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以在紫铜材质的换热表面上固载多分子层离子液 体，从而实现蒸汽滴状冷凝换热的方法。
技术介绍
蒸汽冷凝有滴状冷凝和膜状冷凝两种形式，前者的表面换热系数要比 后者高一个数量级以上，这意味着可以大幅度减小凝结换热器的换热面 积，也意味着可以大幅度提高热能利用效率和降低设备成本。自然条件下，在金属表面无法实现滴状冷凝，实现蒸汽滴状冷凝的基 本方法是降低冷凝面的表面自由能。疏水性有机物具有比水低得多的表面 能，在金属表面涂布一层疏水有机物，是降低表面自由能的最简便方法， 也是最有可能实现规模化生产的方法。问题在于薄膜厚度与结合力之间的 矛盾如果薄膜太薄，氧气和OH很容易穿过薄膜，使基底腐蚀，导致薄膜脱落；如果薄膜太厚，其附加热阻将使强化传热效果大大削弱。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以在紫铜材质的换热表面上固载多分 子层离子液体，从而实现蒸汽滴状冷凝换热的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的在紫铜换热表面固载离子液体的方法，步骤如下A) 预处理依次用400# 2000#梯度砂纸将紫铜换热表面抛光，然 后将表面浸渍于浓度约为2.5M的HN03溶液1 2秒钟，取出后浸入蒸馏 水中待用；B) 自组装将预处理的紫铜表面浸没在10 10々M的L-半胱氨酸水 溶液中24 50小时以上，使半胱氨酸分子中的巯基与铜表面发生反应而 生成Cu-S共价键，在铜表面形成单分子层自组装膜；C) 加载离子液体阳离子以蒸馏水反复冲洗处理过的表面，以除去物理吸附的半胱氨酸分子;将表面浸没在0.2M的NaOH溶液或者0.2M的 HC1溶液中，使结合在铜表面上的半胱氨酸偏离等电点，从而呈正电性或 负电性；以蒸馏水冲洗表面后用风筒吹干，然后以离子液体l,3-二垸基咪 唑三氟甲基硫酰胺盐([R!R2lm][N(CF3S02)/])浸润表面；D) 后处理以盖玻片覆盖于表面之上，压紧，然后沿表面法向轻微 提拉盖玻片，重复上述过程数次，目的是使离子液体分子呈液晶状态排列； 最后，用蒸馏水反复冲洗表面，最终得到固定在铜表面的多层离子液体分 子。具体实施例方式本专利技术提出的在紫铜换热表面上固定疏水性离子液体以降低铜表面 自由能并因而实现蒸汽滴状冷凝的新方法。将离子液体固定在某种固体表 面的方法，是近年来在催化领域发展起来的一种称为离子液体固定化的新 技术，目前已经成功应用于烯烃的氢甲酰化反应。首先将固体物质表面进 行修饰，如用共价键连接单层的离子液体(或类似体)片段(如阳离子)， 然后用离子液体处理表面，就会在固体物质表面形成6~10层可活动的离 子液体层。用共价键连接的单层离子液体片段被固定在表面，其它离子液 体层则以库仑作用被固定。从应用效果看，正常情况下不会出现离子液体 流失的问题。本专利技术采用无味且价格低廉的L-半胱氨酸替代了先前所用的有恶臭 气味的巯基丙酸甲酯作为自组装剂，取得了很好的效果。本专利技术提供的在紫铜换热表面固载离子液体的方法，其步骤如下A) 预处理依次用400# 2000#梯度砂纸将紫铜换热表面抛光，然 后将表面浸渍于浓度约为2.5M的HN03溶液1 2秒钟，迅速取出后浸入 蒸馏水中待用；B) 自组装将预处理的铜表面浸没在10—A 10^M的L-半胱氨酸水溶 液中24 50小时以上，使半胱氨酸分子中的巯基与铜表面发生反应而生 成Cu-S共价键，在铜表面形成单分子层自组装膜；C) 加载离子液体阳离子以蒸馏水反复冲洗处理过的表面，以除去4物理吸附的半胱氨酸分子；将表面浸没在0.2M的NaOH溶液或者0.2M的 HC1溶液中，使结合在铜表面上的半胱氨酸偏离等电点，从而呈正电性或 负电性；以蒸馏水冲洗表面后用风筒吹干，然后以离子液体1， 3-二烷基 咪唑三氟甲基硫酰胺盐([R,R2lm][N(CF3S02)2-])浸润表面；D)后处理以盖玻片覆盖于表面之上，压紧，然后沿表面法向轻微 提拉盖玻片，重复上述过程数次，目的是使离子液体分子呈液晶状态排列； 最后，用蒸馏水反复冲洗表面，最终得到固定在铜表面的多层离子液体分 子。本专利技术能有效降低紫铜表面自由能，从而实现蒸汽滴状冷凝。本专利技术 的优点在于(1) 疏水层只有几个分子层的厚度，附加热阻微乎其微；(2) 相比单分子层而言，对基底材料的保护能力强，可有效减缓氧化；(3) 涂层的内层分子以共价键与基底结合，结合强度高，外层分子 以静电力相互吸引，呈液晶状态，疏水性很强，不易流失；(4) 表面制备工艺简单易行，主要以浸渍为主，适于规模化生产。 实施例1选择厚度为lmm的紫铜片为基材，依次用400# 2000#梯度砂纸将紫 铜换热表面抛光，以表面可以清晰映出人影为度。将表面浸渍于浓度约为 2.5M的HN03溶液1 2秒钟，用蒸馏水冲洗干净。将处理过的铜表面浸 没在1(T5M的L-半胱氨酸水溶液中48小时，取出用蒸馏水清洗后吹干， 经测试，水在表面上的接触角由原来的73度增大到96度左右，表明铜表 面上已经吸附了一层疏水分子膜。将表面浸没在0.2M的HC1溶液中15 秒，取出以蒸馏水冲洗表面后用风筒吹干，然后以离子液体 [R,R2lm][N(CF3S02)/]浸润表面，可以发现，原来无法在光洁铜表面上铺 展开的离子液体在处理后的表面上能够展开成膜。采用提拉法使表面液晶 化，并用蒸馏水反复冲洗表面，最终得到固定在铜表面的多层离子液体分 子。采用表面反射红外光谱进行分析，可以检测到表面上固载的离子液体 的特征吸收峰。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽滴状冷凝换热表面的制备方法，其步骤包括：　　　　Ａ）预处理：将紫铜换热表面抛光，将表面浸渍于浓度为１．５－２．５Ｍ的ＨＮＯ↓［３］溶液１－２秒中，取出后浸入蒸馏水中；　　　　Ｂ）自组装：将预处理后的紫铜表面浸没在１０↑［－４］－１０↑［－７］Ｍ的Ｌ－半胱氨酸水溶液中２４－５０小时以上，使半胱氨酸分子中的巯基与铜表面发生反应而生成Ｃｕ－Ｓ共价键，在紫铜表面形成单分子层自组装膜；　　　　Ｃ）加载离子液体阳离子：用水冲洗经步骤Ｂ处理过的表面，除去物理吸附的半胱氨酸分子；将表面浸没在０．１－０．２Ｍ的ＮａＯＨ溶液或者０．１－０．２Ｍ的ＨＣｌ溶液中，使结合在铜表面上的半胱氨酸偏离等电点，从而呈正电性或负电性；用水冲洗表面后干燥，以离子液体１，３－二烷基咪唑三氟甲基硫酰胺盐浸润表面；　　　　Ｄ）后处理：将盖玻片覆盖于表面之上，压紧，沿表面法向提拉盖玻片，重复数次，使离子液体分子呈液晶状态排列，得到固定在紫铜表面的多层离子液体分子。

【技术特征摘要】
1、一种蒸汽滴状冷凝换热表面的制备方法，其步骤包括A)预处理将紫铜换热表面抛光，将表面浸渍于浓度为1.5-2.5M的HNO3溶液1-2秒中，取出后浸入蒸馏水中；B)自组装将预处理后的紫铜表面浸没在10-4-10-7M的L-半胱氨酸水溶液中24-50小时以上，使半胱氨酸分子中的巯基与铜表面发生反应而生成Cu-S共价键，在紫铜表面形成单分子层自组装膜；C)加载离子液体阳离子用水冲洗经步骤B处理过的表面，除去物理吸附的半胱氨酸分子；将表面浸没在0.1-0.2M的NaOH溶液或者0...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁世强，陈亮，淮秀兰，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]