油水分离金刚石涂层金属网的制备方法、金属网沉积涂层装置、金刚石涂层金属网及其应用与流程

本发明涉及油水分离金属网技术领域，具体而言，涉及一种油水分离金刚石涂层金属网的制备方法、金属网沉积涂层装置、金刚石涂层金属网及其应用。

背景技术：

进入新世纪以来，油水分离技术已在石油化工、污水处理、食品工程等多个领域得到广泛应用。目前的含油废水主要采用重力沉降、粗粒化、离心分离等方法进行二级处理，这些方法虽然能够处理含油废水，但具有分离效率低、成本高、回收率低等缺点。油水分离是治理含油废水和含水油液的重要工业过程。油水分离是利用同一材料对油和水截然不同的浸润性而使油与水分离的，例如材料具有超疏水超亲油性质或者具有超亲水超疏油性质。随后超疏水性和超亲油性过滤材料的开发研发逐渐深入，这些过滤材料亲油疏水。一般方法是修饰材料的多孔结构为超疏水，而在各种多孔结构中，金属丝网由于其低成本、高机械强度和多孔结构成为理想材料。

常规金属网可通过表面改性的方式在金属网状结构的表面进行改性，可以使用酸碱腐蚀的方法或者使用表面改性剂进行改性处理，典型通过腐蚀改变表面结构诱导超疏水超亲油性质，例如将金属铜网在硝酸溶液中腐蚀，增加铜丝表面的粗糙度，并通过修饰十六烷硫醇使其具备超疏水超亲油性质，该方法可以获得油水分离的效果。

而由于油水混合状态、油水含量、油水混合液中所含的有机物种类、油水分离对象等多种因素的不同，导致油水分离难度变得越来越大。同时金属网进行表面改性使其具有疏水亲油的特性在实际应用中也遇到了诸多限制：首先，金属网本身耐腐性能有限，容易被环境所腐蚀，使用寿命较短；其次，金属网表面改性后应用于油水分离中特异性较强，针对的油的种类较少，特定的油水分离需要对应特定的腐蚀与改性剂处理；再次，通过酸碱腐蚀或者采用表面改性剂改性的方法进行油水分离时，时间不能很持久，酸碱腐蚀及添加表面改性剂的方法在金属表面添加的疏水官能团只在表面，容易失效。

现有技术中出现了一些用于油水分离的材料，例如专利CN106987876 A公开了一种超疏水/亲油油水分离Ni-Cu复合镀层网膜的制备方法，其先在金属表面进行Ni-Cu复合电镀，增强金属的耐蚀性，然后使用低能表面改性剂对镀层进行表面改性，使其获得亲水/疏油的功能。该方法工艺复杂，要进行两次工艺处理，且使用寿命短，吸附在金属表面的低能活性剂容易失效，从而导致亲水/疏油功能失去作用。专利CN106362439A公开了一种具有亲水/水下超疏油性的油水分离金属网制备方法。该专利是用激光加工的方法在金属表面加工出微纳结构的微凸，使得其具有亲水疏油的作用，但是激光加工成本极高，而且容易破坏基本原本的相结构。

目前金属网应用于油水分离主要存在成本高、使用寿命短、油水分离种类有限以及功能容易失效等技术问题。

另一方面，金刚石是世界上最硬的物质，拥有极为稳定的物理化学性质和较高的弹性模量。现有技术专利CN 103741116 A中已经提出了一种在金属网衬底上生长CVD金刚石涂层使金刚石网表面具有超疏水性和亲水性的方法，但是该方法过程较复杂，所使用的沉积设备昂贵、成本高，只能在小尺寸工件上长金刚石薄膜，不适合实际油水分离的金属网，不利于工业化生产和工业用途。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种油水分离金刚石涂层金属网的制备方法，采用热丝化学气相沉积方式在金属网表面沉积金刚石涂层，热丝化学气相沉积方式所使用的温度通常较其它方式低，通过低温生长纳米金刚石的方法有效避免了金属网在沉积过程中的变形。该方法成膜速率快，制备工艺简单、工艺稳定、成本低，适合工业化生产和大规模工业化使用。

本发明的目的之二在于提供一种用于上述油水分离金刚石涂层金属网的制备方法中热丝化学气相沉积的金属网沉积涂层装置，沉积装置简单，可以将金属网固定住，沉积过程金属网不会变形，非常适用于三维方向上的化学气相沉积涂层的制备。

本发明的目的之三在于提供一种上述油水分离金刚石涂层金属网的制备方法制备得到的金刚石涂层金属网或使用上述金属网沉积涂层装置通过热丝化学气相沉积方式得到的金刚石涂层金属网，该金属网具有油水分离效率高、使用寿命长的优点。

本发明的目的之四在于提供一种上述金刚石涂层金属网在油水分离中的应用。

本发明的目的之五在于提供一种包含上述金刚石涂层金属网的油水分离装置。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，提供了一种油水分离金刚石涂层金属网的制备方法，包括以下步骤：

采用热丝化学气相沉积方式在金属网表面沉积金刚石涂层，得到金刚石涂层金属网；

优选地，金属网为铜网、钛网或不锈钢网。

优选地，在本发明技术方案的基础上，热丝化学气相沉积时，气源包括氢气与甲烷气体，反应区温度为500-800℃，优选500-700℃，进一步优选500-600℃；

优选地，反应区温度以15-25℃/min的升温速率从室温升至500-800℃，并保温10-20min。

优选地，在本发明技术方案的基础上，气源还包括惰性气体；反应过程中氢气、甲烷气体和惰性气体的总流量为400-600mL/min，，优选400-500mL/min，其中甲烷气体流量占总流量的1-5％，氢气流量占总流量的25-45％，惰性气体流量占总流量的50-70％；

和/或，沉积压强为1500-2000Pa，优选1500-1800Pa，进一步优选1500-1600Pa；

和/或，上排热丝距离金属网的垂直距离为20-25mm，下排热丝距离金属网的垂直距离为15-20mm；

和/或，沉积时间为1.5-3h，优选1.5-2.5h，进一步优选2-2.5h。

优选地，在本发明技术方案的基础上，金属网为经过纳米金刚石植晶处理后的金属网；

优选地，植晶处理包括将金属网放入植晶溶液中超声20-60min后取出干燥，优选干燥方式为用惰性气体吹干；

优选地，植晶溶液为纳米金刚石悬浮液；纳米金刚石悬浮液优选包括纳米金刚石粉、碳酸二甲酯和水，纳米金刚石粉质量占纳米金刚石悬浮液质量的0.005-0.01％，碳酸二甲酯在纳米金刚石悬浮液中的浓度为1×10^-6-10×10^-6mol/L；优选纳米金刚石悬浮液的pH为2-4。

优选地，在本发明技术方案的基础上，油水分离金刚石涂层金属网的制备方法，包括以下步骤：

(a)对金属网表面进行清洗；

(b)对清洗好的金属网进行腐蚀处理；

(c)对金属网进行再清洗；

(d)对金属网进行纳米金刚石植晶处理；

(e)植晶处理后采用热丝化学气相沉积方式在金属网表面沉积金刚石涂层，得到金刚石涂层金属网；

优选地，步骤(a)和步骤(c)均独立地包括先用水超声清洗2-3次，每次5-10min，再用酒精超声清洗1-2次，每次5-10min；

优选地，步骤(b)包括先在碱溶液中超声5-10min，然后在酸溶液中超声30-60s；优选碱溶液为0.5-1mol/L的NaOH溶液；优选酸溶液为0.5-1mol/L的HCl溶液；

优选地，步骤(d)包括将金属网放入植晶溶液中超声20-60min后取出干燥，优选干燥方式为用氮气吹干；优选植晶溶液为纳米金刚石悬浮液；纳米金刚石悬浮液优选包括纳米金刚石粉、碳酸二甲酯和水，纳米金刚石粉质量占纳米金刚石悬浮液质量的0.005-0.01％，碳酸二甲酯在纳米金刚石悬浮液中的浓度为1×10^-6-10×10^-6mol/L；优选纳米金刚石悬浮液的pH为2-4。

第二方面，提供了一种用于上述油水分离金刚石涂层金属网的制备方法中热丝化学气相沉积的金属网沉积涂层装置，所述金属网沉积涂层装置包括位于上下排热丝之间的夹具本体；

所述夹具本体包括平行设置的第一本体和第二本体，所述第一本体和所述第二本体的本体内部均独立地具有空洞，金属网置于所述第一本体与所述第二本体之间，且金属网边缘尺寸大于所述第一本体和所述第二本体的空洞尺寸，所述第一本体与所述第二本体通过垂直于所述第一本体的可拆卸夹紧机构固定，以夹紧所述第一本体与所述第二本体之间的金属网；

优选地，所述第一本体和所述第二本体均为钼盘；

优选地，所述可拆卸夹紧机构包括螺栓和螺母。

优选地，在本发明技术方案的基础上，所述夹具本体还包括第一弹簧片和/或第二弹簧片；

第一弹簧片位于所述第一本体内侧；

第二弹簧片位于所述第二本体内侧。

第三方面，提供了一种上述油水分离金刚石涂层金属网的制备方法制备得到的金刚石涂层金属网或使用上述金属网沉积涂层装置通过热丝化学气相沉积方式得到的金刚石涂层金属网。

第四方面，提供了一种上述金刚石涂层金属网在油水分离中的应用。

优选地，在本发明技术方案的基础上，将所述金刚石涂层金属网置于油水混合物中，油能够通过所述金刚石涂层金属网而水不能通过所述金刚石涂层金属网，达到油水分离的目的。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明实用性强，采用热丝化学气相沉积技术在金属网上进行低温纳米金刚石的沉积。此方法适用于任何金属网金刚石涂层的沉积，有效避免了金属网在沉积过程中的变形。该方法金刚石沉积设备简单、成膜速率快，操作方便、工艺稳定。本发明在金属网上制备的金刚石薄膜适合工业化批量生产，成本低，能在金属网各表面三维上沉积出结合力良好的金刚石涂层。该方法能在大尺寸工件上长金刚石薄膜，适合大量工业化应用。

(2)本发明采用热丝化学气相沉积的作用，在金属网上三维生长金刚石涂层，得到金刚石涂层的金属网，可进行油水分离，由于金刚石具有极高的物理化学稳定性，不仅可以耐强酸强碱等的腐蚀，而且金刚石的高硬度及弹性模量都可以大大提高其使用寿命。与其他方法相比，该方法制备得到的金刚石涂层金属网油水分离效率高、使用寿命长。

(3)本发明设计了一种用于金属网沉积的夹具及适合在金属网表面三维沉积纳米金刚石涂层的装置，设计的热丝化学气相沉积装置结构简单，可以将金属网固定住，沉积过程金属网不会变形，金属网沉积温度更加均匀，金属网上金刚石薄膜生长得更加均匀，非常适用于三维方向上的化学气相沉积涂层的制备。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的金属网沉积涂层装置的俯视图；

图2为本发明一种实施方式的金属网沉积涂层装置的主视图；

图3为本发明实施例1金属网表面形貌图；

图4为本发明实施例1金属网上生长的金刚石薄膜表面形貌图。

图标：100-夹具本体；110-第一本体；120-第二本体；130-可拆卸夹紧机构；131-螺栓；132-螺母；141-第一弹簧片；142-第二弹簧片；200-金属网；300-上下排热丝。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

根据本发明的第一个方面，提供了一种油水分离金刚石涂层金属网的制备方法，包括以下步骤：

采用热丝化学气相沉积方式在金属网表面沉积金刚石涂层，得到金刚石涂层金属网。

热丝化学气相沉积法(热丝CVD)是化学气相沉积法中的一种，此方法主要是将碳氢化合物气体热分解，产生具有合成金刚石必须的SP³杂化轨道的碳原子基团。

对热丝化学气相沉积方式不作限定，可采用常规的热丝化学气相沉积装置和/或工艺进行，可以是普通热丝法，也可以是电子辅助等其他改进形式的热丝法。

典型但非限制性的金属网例如为铜网、钛网或不锈钢网。

金刚石是世界上最硬的物质，拥有极为稳定的物理化学性质和较高的弹性模量。采用热丝化学气相沉积的方法在金属网表面沉积三维纳米金刚石涂层，沉积过程中需要通入碳源和氢源，其中碳源提供金刚石的生长，氢源产生活性氢基团-H去刻蚀非金刚石相的SP²键，因此在整个沉积过程中都会有大量的-H基团终端存在，整体掺杂于金刚石涂层中，-H终端会造成超疏水的特殊结构，但不会疏油。采用热丝辅助化学气相沉积技术在金属网表面直接沉积出具有疏水亲油的纳米金刚石涂层。

热丝化学气相沉积法温度通常较其它方法(例如微波法、火焰燃烧法)低，是一种低温生长纳米金刚石的方法，可以有效避免金属网在沉积过程中的变形。与其他方法相比，本发明方法成膜速率快、沉积设备简单、适合大面积沉积，制备工艺简单、工艺稳定、成本低，适合工业化生产和大规模工业化使用。采用热丝化学气相沉积的作用，在金属网上三维(各个方向)生长金刚石涂层，该方法制备得到的金刚石涂层金属网疏水亲油，可应用于油水分离中，油水分离效率高；由于金刚石具有极高的物理化学稳定性，不仅可以耐强酸强碱等的腐蚀，而且金刚石的高硬度及弹性模量都可以大大提高金属网本身的使用寿命。

在一种优选的实施方式中，热丝化学气相沉积时，气源包括氢气与甲烷气体，反应区温度为500-800℃，优选500-700℃，进一步优选500-600℃。

沉积过程中需要通入CH4和H2，其中CH4为金刚石的生长提供碳源，H2产生活性氢基团-H去刻蚀非金刚石相的SP²键。

反应区温度典型但非限制性的例如为500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或800℃。

优选地，反应区温度以15-25℃/min的升温速率从室温升至500-800℃，并保温10-20min。

升温速率典型但非限制性的例如为15℃/min、20℃/min或25℃/min。

保温时间典型但非限制性的例如为10min、15min或20min。

热丝化学气相沉积时反应区温度较低，缓解了金属网在沉积过程中容易变形导致不能有效沉积的缺陷。

在一种优选的实施方式中，气源还包括惰性气体；反应过程中氢气、甲烷气体和惰性气体的总流量为400-600mL/min，优选400-500mL/min，其中甲烷气体流量占总流量的1-5％，氢气流量占总流量的25-45％，惰性气体流量占总流量的50-70％。

典型但非限制性的惰性气体为氩气。

控制氢气、甲烷气体和惰性气体总流量例如为400mL/min、450mL/min、500mL/min、550mL/min或600mL/min。

甲烷气体流量占总流量的1-5％，例如1％、2％、3％、4％或5％，氢气流量占总流量的25-45％。例如25％、30％、35％、40％或45％，惰性气体流量占总流量的50-70％，例如50％、55％、60％、65％或70％。

通过控制总流量以及氢气、甲烷气体和惰性气体的流量占比，以生长出质量好、附着力强的纳米金刚石薄膜。氢气过少不利于产生活性氢基团-H去刻蚀非金刚石相的SP²键，CH4气体过少不能为金刚石的生长提供充足的碳源。

在一种优选的实施方式中，沉积压强为1500-2000Pa，优选1500-1800Pa，进一步优选1500-1600Pa。

沉积压强典型但非限制性的例如为1500Pa、1600Pa、1700Pa、1800Pa、1900Pa或2000Pa。

通过控制沉积压强，有利于获得高质量的膜层，生长的金刚石薄膜结构致密。

在一种优选的实施方式中，上排热丝距离金属网的垂直距离为20-25mm，下排热丝距离金属网的垂直距离为15-20mm。

上排热丝离样距离例如为20mm、21mm、22mm、23mm、24mm或25mm；下排热丝离样距离例如为15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。

通过控制上、下排热丝的离样距离保证金属网的沉积温度，使沉积温度更适宜更均匀。

在一种优选的实施方式中，沉积时间为1.5-3h，优选1.5-2.5h，进一步优选2-2.5h。

沉积时间典型但非限制性的例如为1.5h、2h、2.5h或3h。

通过控制沉积时间生长出的金刚石薄膜厚度适宜，附着力较好。

在一种优选的实施方式中，金属网为经过纳米金刚石植晶处理后的金属网；即采用热丝化学气相沉积方式在金属网表面沉积金刚石涂层前对金属网进行纳米金刚石植晶处理。

植晶处理是在基体表面预先植入一层微小的金刚石颗粒作为成核点，以提高金刚石沉积密度。

典型但非限制性的植晶处理方式是用含金刚石微粉的悬浮液对基底表面进行超声处理。

优选地，植晶处理包括将金属网放入植晶溶液中超声20-60min后取出干燥，优选干燥方式为用惰性气体吹干，优选用氮气吹干。

超声时间典型但非限制性的例如为20min、30min、40min、50min或60min。

优选地，植晶溶液为纳米金刚石悬浮液；优选纳米金刚石悬浮液包括纳米金刚石粉、碳酸二甲酯和水，纳米金刚石粉质量占纳米金刚石悬浮液质量的0.005-0.01％，碳酸二甲酯在纳米金刚石悬浮液中的浓度为1×10^-6-10×10^-6mol/L；优选纳米金刚石悬浮液的pH为2-4。

纳米金刚石悬浮液是纳米金刚石粉分散于碳酸二甲酯和水的溶剂中，纳米金刚石粉质量分数为0.005-0.01％，例如0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％或0.01％。碳酸二甲酯(DMC)浓度为1×10^-6mol/L、2×10^-6mol/L、3×10^-6mol/L、4×10^-6mol/L、5×10^-6mol/L、6×10^-6mol/L、7×10^-6mol/L、8×10^-6mol/L、9×10^-6mol/L或10×10^-6mol/L。纳米金刚石悬浮液的pH为2-4，例如pH2、pH3或pH4。

通过采用该纳米金刚石悬浮液(植晶溶液)对金属网进行植晶处理后残留在金属网表面缺陷内的金刚石微粉的碎屑可以为热丝化学气相沉积法沉积金刚石提供成核核心，提高形核密度，显著提高金刚石薄膜与基底的附着力。

在一种优选的实施方式中，油水分离金刚石涂层金属网的制备方法，包括以下步骤：

(a)对金属网表面进行清洗；

(b)对清洗好的金属网进行腐蚀处理；

(c)对金属网进行再清洗；

(d)对金属网进行纳米金刚石植晶处理；

(e)植晶处理后采用热丝化学气相沉积方式在金属网表面沉积金刚石涂层，得到金刚石涂层金属网；

优选地，步骤(a)包括先用水超声清洗2-3次，每次5-10min，再用酒精超声清洗1-2次，每次5-10min。

先对金属网表面进行清洗，清除金属网表面的杂质，保持试样表面清洁干净。

优选地，步骤(b)包括先在碱溶液中超声5-10min，然后在酸溶液中超声30-60s；优选碱溶液为0.5-1mol/L的NaOH溶液；优选酸溶液为0.5-1mol/L的HCl溶液。

先在碱溶液中超声5-10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min，然后在酸溶液中超声30-60s，例如30s、40s、50s或60s。

碱溶液浓度例如为0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L或1mol/L；酸溶液浓度例如为0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L或1mol/L。

对清洗好的金属网进行腐蚀处理，增加表面粗糙度，提高金刚石颗粒的吸附密度。

优选地，步骤(c)包括先用水超声清洗2-3次，每次5-10min，再用酒精超声清洗1-2次，每次5-10min。

对腐蚀处理后的金属网进行清洗，将残留在金属网中的腐蚀溶液清洗干净。

优选地，步骤(d)包括将金属网放入植晶溶液中超声20-60min后取出干燥，优选干燥方式为用氮气吹干；优选植晶溶液为纳米金刚石悬浮液；优选纳米金刚石悬浮液包括纳米金刚石粉、碳酸二甲酯和水，纳米金刚石粉质量占纳米金刚石悬浮液质量的0.005-0.01％，碳酸二甲酯在纳米金刚石悬浮液中的浓度为1×10^-6-10×10^-6mol/L；优选纳米金刚石悬浮液的pH为2-4。

对金属网进行金刚石的植晶处理。典型的植晶溶液为爆轰纳米金刚石悬浮液，成分为金刚石粉质量分数0.005％，DMC浓度为5×10^-6M，其余为去离子水，pH为3。植晶方式为将试样放入植晶溶液中超声30分钟，取出，用氮气吹干。

步骤(e)采用热丝化学气相沉积方式在金属网表面沉积金刚石涂层，该方式与上述内容中的描述相同。

该典型的金刚石涂层金属网的制备方法在进行热丝化学气相沉积前通过腐蚀处理和植晶处理的表面预处理方法增加了生长的成核密度和二次形核率，得到具有纳米尺寸晶粒度的薄膜，制备得到的金刚石涂层金属网油水分离效率高、使用寿命长。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于上述油水分离金刚石涂层金属网的制备方法中热丝化学气相沉积的金属网沉积涂层装置，如图1、图2所示，金属网沉积涂层装置包括位于上下排热丝300之间的夹具本体100；夹具本体100包括平行设置的第一本体110和第二本体120，第一本体110和第二本体120的本体内部均独立地具有空洞，金属网200置于第一本体110与第二本体120之间，且金属网200边缘尺寸大于第一本体110和第二本体120的空洞尺寸，第一本体110与第二本体120通过垂直于第一本体110的可拆卸夹紧机构130固定，以夹紧第一本体110与第二本体120之间的金属网200。

使用时将金属网200置于第一本体110和第二本体120之间，用可拆卸夹紧机构130将第一本体110与第二本体120夹紧，从而夹紧之间的金属网200，由于第一本体110和第二本体120中间是空的，金属网200边缘尺寸大于第一本体110和第二本体120的空洞尺寸，金属网200可以被架在第一本体110和第二本体120之间。空洞形状不限，只要金属网200边缘被架在第一本体110和第二本体120之间不会窜出即可，形成一个夹具。沉积涂层时，将此装置置于沉积基板位置。

本发明设计的热丝化学气相沉积装置结构简单，可以将金属网固定住，沉积过程金属网不会变形，非常适用于三维方向上的化学气相沉积涂层的制备，同时通过使用该装置使金属网沉积温度更加均匀，使用设计的装置进行低温纳米金刚石涂层的沉积金刚石薄膜生长均匀，得到的金刚石涂层金属网油水分离效果更好。

优选地，第一本体和第二本体均为钼盘。

钼熔点高，高温下可以保持高强度，同时具有高弹性模量和低重量，是夹具本体的理想载体材料。

优选地，可拆卸夹紧机构130包括螺栓131和螺母132。

可拆卸夹紧机构包括多套螺栓和螺母，多个螺栓穿过平行的第一本体和第二本体，并用螺母调节第一本体和第二本体之间的距离，将其拧紧，夹紧中间的金属网，将金属网固定住，防止金属网高温下变形。

在一种优选的实施方式中，夹具本体100还包括第一弹簧片141和/或第二弹簧片142；第一弹簧片141位于第一本体110内侧；第二弹簧片142位于第二本体120内侧。

这里的内侧是指金属网与本体接触的一侧。

通过设置第一弹簧片和/或第二弹簧片，能够避免金属网用螺栓螺母固定时出现缝隙，使金属网夹紧固定得更加牢固，进一步防止金属网变形。

根据本发明的第三个方面，提供了一种上述油水分离金刚石涂层金属网的制备方法制备得到的金刚石涂层金属网或使用上述金属网沉积涂层装置通过热丝化学气相沉积方式得到的金刚石涂层金属网。

通过该方法制备得到的金刚石涂层金属网或通过使用该装置进行热丝化学气相沉积后得到的金刚石涂层金属网用于油水分离效果好，油水分离效率高且金属网使用寿命长。

根据本发明的第四个方面，提供了一种上述金刚石涂层金属网在油水分离中的应用。

由于得到的金刚石涂层金属网具有疏水亲油性，能够应用于油水分离中，分离效果好、效率高、使用寿命长，具有广阔的应用前景。

优选地，可用于包含常见有机溶剂、动植物油、石油、汽油、柴油及原油等含油污水的分离。

优选地，将金刚石涂层金属网置于油水混合物中，油能够通过金刚石涂层金属网而水不能通过金刚石涂层金属网，达到油水分离的目的。

进行油水分离时可以根据实际情况将金属网制作成各种形状使用，例如将油水混合物倾倒在金属网上，油通过金属网滴落(过滤)下来，水仍停留于金属网表面上。再例如可以将金属网围成一围栏(围成一圈)，放于油水混合物中，油进入金属网围成的围栏内，被汇集(收集)起来，而水不会进行金属网内，通过该方法可以来处理海洋石油污染。

根据本发明的第五个方面，提供了一种包含上述金刚石涂层金属网的油水分离装置。

油水分离装置具有与上述金刚石涂层金属网相同的优势。

下面通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。本发明涉及的各原料均可通过商购获取。

实施例和对比例的金属网为铜网。

实施例和对比例使用的爆轰纳米金刚石悬浮液成分为金刚石粉质量分数0.005％，DMC浓度为5×10^-6M，其余为去离子水，pH为3。

实施例1

一种金刚石涂层金属网的制备方法，包括以下步骤：

(1)对金属网表面进行清洗，首先使用去离子水超声清洗2次，每次5分钟，最后用酒精超声清洗5分钟，用氮气吹干；

(2)对清洗好的金属网进行腐蚀处理，增加表面粗糙度，并提高金刚石纳米颗粒的吸附密度。腐蚀处理为在碱溶液中超声清洗5分钟，然后在酸溶液中清洗30秒。其中碱溶液为1M的NaOH，酸溶液为1M的HCl；

(3)对金属网进行清洗，将残留在金属网中的腐蚀溶液清洗干净。使用去离子水超声清洗2次，每次5分钟，最后用酒精超声清洗5分钟，用氮气吹干；

(4)对金属网进行纳米金刚石的植晶处理，植晶溶液为爆轰纳米金刚石悬浮液，植晶方式为将试样放入植晶溶液中超声30分钟，取出，用氮气吹干；

(5)利用热丝CVD对植晶之后的金属网进行三维纳米金刚石薄膜的制备，以20℃/min的升温速度从室温升至600℃，并保温15min；反应过程中控制气体总流量为500mL/min，甲烷+氩气+氢气的总流量为500mL/min，其中甲烷10mL/min，氩气282mL/min，氢气为208mL/min。压强为1500Pa。上排热丝离样距离25mm，下排热丝离样距离15mm，沉积时间为2小时。

图3为实施例1金属网表面形貌图；图4为实施例1金属网上生长的金刚石薄膜表面形貌图。

实施例2

一种金刚石涂层金属网的制备方法，包括以下步骤：

(1)对金属网表面进行清洗，首先使用去离子水超声清洗3次，每次5分钟，最后用酒精超声清洗5分钟，用氮气吹干。

(2)对清洗好的金属网进行腐蚀处理，增加表面粗糙度，并提高金刚石纳米颗粒的吸附密度。腐蚀处理为在碱溶液中超声清洗10分钟，然后在酸溶液中清洗60秒。其中碱溶液为：0.5M的NaOH，酸溶液为0.5M的HCl。

(3)对金属网进行清洗，将残留在金属网中的腐蚀溶液清洗干净。使用去离子水超声清洗3次，每次5分钟，最后用酒精超声清洗5分钟，用氮气吹干。

(4)对金属网进行纳米金刚石的植晶处理，植晶溶液为爆轰纳米金刚石悬浮液。植晶方式为将试样放入植晶溶液中超声30分钟，取出，用氮气吹干。

(5)利用热丝CVD对植晶之后的金属网进行三维纳米金刚石薄膜的制备，以20℃/min的升温速度从室温升至600℃，并保温15min；反应过程中控制气体总流量为400mL/min，甲烷+氩气+氢气的总流量为400mL/min，其中甲烷5mL/min，氩气255mL/min，氢气为140mL/min。压强为1500Pa。上排热丝离样距离25mm，下排热丝离样距离15mm，沉积时间为3小时。

实施例3

一种金刚石涂层金属网的制备方法，包括以下步骤：

(1)对金属网表面进行清洗，首先使用去离子水超声清洗2次，每次10分钟，最后用酒精超声清洗5分钟，用氮气吹干。

(2)对清洗好的金属网进行腐蚀处理，增加表面粗糙度，并提高金刚石纳米颗粒的吸附密度。腐蚀处理为在碱溶液中超声清洗8分钟，然后在酸溶液中清洗40秒。其中碱溶液为：0.6M的NaOH，酸溶液为0.6M的HCl。

(3)对金属网进行清洗，将残留在金属网中的腐蚀溶液清洗干净。使用去离子水超声清洗2次，每次10分钟，最后用酒精超声清洗5分钟，用氮气吹干。

(4)对金属网进行纳米金刚石的植晶处理，植晶溶液为爆轰纳米金刚石悬浮液。植晶方式为将试样放入植晶溶液中超声30分钟，取出，用氮气吹干。

(5)利用热丝CVD对植晶之后的金属网进行三维纳米金刚石薄膜的制备，以20℃/min的升温速度从室温升至600℃，并保温15min；反应过程中控制气体总流量为420mL/min，甲烷+氩气+氢气的总流量为420mL/min，其中甲烷15mL/min，氩气255mL/min，氢气为150mL/min。压强为1500Pa。上排热丝离样距离25mm，下排热丝离样距离15mm，沉积时间为1.5小时。

实施例4

一种金刚石涂层金属网的制备方法，包括以下步骤：

(1)对金属网表面进行清洗，首先使用去离子水超声清洗2次，每次5分钟，最后用酒精超声清洗10分钟，用氮气吹干。

(2)对清洗好的金属网进行腐蚀处理，增加表面粗糙度，并提高金刚石纳米颗粒的吸附密度。腐蚀处理为在碱溶液中超声清洗5分钟，然后在酸溶液中清洗30秒。其中碱溶液为：1M的NaOH，酸溶液为1M的HCl。

(3)对金属网进行清洗，将残留在金属网中的腐蚀溶液清洗干净。使用去离子水超声清洗2次，每次5分钟，最后用酒精超声清洗10分钟，用氮气吹干。

(4)对金属网进行纳米金刚石的植晶处理，植晶溶液为爆轰纳米金刚石悬浮液。植晶方式为将试样放入植晶溶液中超声20分钟，取出，用氮气吹干。

(5)利用热丝CVD对植晶之后的金属网进行三维纳米金刚石薄膜的制备，以15℃/min的升温速度从室温升至500℃，并保温20min；反应过程中控制气体总流量为500mL/min，甲烷+氩气+氢气的总流量为500mL/min，其中甲烷5mL/min，氩气255mL/min，氢气为140mL/min。压强为2000Pa。上排热丝离样距离25mm，下排热丝离样距离15mm，沉积时间为4小时。

实施例5

一种金刚石涂层金属网的制备方法，包括以下步骤：

(1)对金属网表面进行清洗，首先使用去离子水超声清洗2次，每次5分钟，最后用酒精超声清洗5分钟，用氮气吹干。

(2)对清洗好的金属网进行腐蚀处理，增加表面粗糙度，并提高金刚石纳米颗粒的吸附密度。腐蚀处理为在碱溶液中超声清洗5分钟，然后在酸溶液中清洗30秒。其中碱溶液为：1M的NaOH，酸溶液为1M的HCl。

(3)对金属网进行清洗，将残留在金属网中的腐蚀溶液清洗干净。使用去离子水超声清洗2次，每次5分钟，最后用酒精超声清洗5分钟，用氮气吹干。

(4)对金属网进行纳米金刚石的植晶处理，植晶溶液为爆轰纳米金刚石悬浮液。植晶方式为将试样放入植晶溶液中超声60分钟，取出，用氮气吹干。

(5)利用热丝CVD对植晶之后的金属网进行三维纳米金刚石薄膜的制备，以25℃/min的升温速度从室温升至800℃，并保温10min；反应过程中控制气体总流量为500mL/min，甲烷+氩气+氢气的总流量为500mL/min，其中甲烷5mL/min，氩气255mL/min，氢气为140mL/min。压强为1500Pa。上排热丝离样距离20mm，下排热丝离样距离18mm，沉积时间为2小时。

实施例6

一种金刚石涂层金属网的制备方法，与实施例1不同的是，步骤(5)中以20℃/min的升温速度从室温升至1000℃，并保温15min。

实施例7

一种金刚石涂层金属网的制备方法，与实施例1不同的是，步骤(5)中控制气体总流量为500mL/min，甲烷+氩气+氢气的总流量为500mL/min，其中甲烷50mL/min，氩气282mL/min，氢气为168mL/min。

实施例8

一种金刚石涂层金属网的制备方法，与实施例1不同的是，步骤(5)使用金属网沉积涂层装置对植晶之后的金属网进行三维纳米金刚石薄膜的制备。

金属网沉积涂层装置包括位于上下排热丝之间的夹具本体；夹具本体包括平行设置的上下钼盘，上下钼盘内侧均设有弹簧片，金属网置于钼盘的弹簧片之间，将螺栓垂直穿入夹具本体并贯穿上下钼盘，用螺母拧紧，使金属网被夹紧。

对比例1

一种金刚石涂层金属网的制备方法，与实施例2不同的是，步骤(5)利用微波等离子体CVD方法对植晶之后的金属网进行三维纳米金刚石薄膜的制备，实验条件：反应气体总流量为300sccm，比例为H2：CH4＝292：8(sccm)，压强为130Torr，微波功率1.7kw，沉积衬底温度约为800℃，沉积时间为7h，得到金刚石膜厚约为2μm。

对比例2

一种金刚石涂层金属网的制备方法，与实施例2不同的是，步骤(5)利用火焰燃烧法对植晶之后的金属网进行三维纳米金刚石薄膜的制备，实验条件：反应气体总流量为500sccm，比例为H2：C2H2：O2＝5：245：250(sccm)，压强为1000Pa，沉积衬底温度约为1000℃，沉积时间为5h，得到金刚石膜厚约为2μm。

试验例

用接触角测量仪测量实施例1得到的金刚石涂层金属网，该金刚石涂层金属网表面在空气环境中对3微升的正己烷的接触角小于15°，为超疏水材料；再将金刚石涂层金属网浸没在正己烷中，测量金属网表面对3微升的水的接触角大于135°，为亲油材料。

为了考察实施例和对比例得到的金刚石涂层金属网的油水分离性能，进行油水分离效率和使用寿命，测试方法如下：

(1)油水分离效率：将得到的金属网放置于垂直放置的过滤器中间并用夹子固定，将正己烷和水按比例1:2在磁力搅拌条件下获得油水混合物，倒入上部分的进口倒入过滤器中，混合物中的正己烷快速通过金属网，而水被阻挡在金属网的上方不能通过，实现油水分离，通过计算保留在金属网上方的水的重量与原始倒入油水混合物中水的重量的比值，得到分离效率。

(2)使用寿命：将得到的金属网按照上述油水分离试验重复进行使用，每次使用后用水清洗干净，使用50次后计算分离效率。

测试结果如表1所示。

表1

从表1的结果可以看出，本发明方法得到的金属网油水分离效率高，达99％以上，且重复利用50次后，分离效率几乎保持不变，仍高达98％以上，这表明制备的金属网具有优异的可回收性，使用寿命长。

进一步分析可知，实施例1热丝CVD反应温度较实施例6更低，结果发现实施例1得到的金属网油水分离效率和使用寿命更好，这是由于温度较低不会造成金属网变形，得到的金刚石薄膜质量更好。实施例1与实施例7相比，实施例1的氢气和甲烷气体的比例范围在本发明的优选范围内，结果发现实施例1得到的金属网油水分离性能更好，由此可见采用一定比例的氢气和甲烷气体得到的金刚石薄膜质量和性能更好。

实施例8与实施例1相比，采用本发明设计的沉积装置进行热丝CVD沉积，结果发现沉积后得到的金属网油水分离性能更好，这是由于该装置可以防止金属网变形和使金属网沉积温度更加均匀，使金刚石薄膜生长更加均匀，得到的金属网疏水亲油性能更好，分离效率更高。

对比例1采用微波等离子体CVD方法进行金刚石涂层沉积，虽然也具有较好的油水分离效果，但沉积设备昂贵，成本高，而且只能在小尺寸工件上长金刚石薄膜，而油水分离的金属网都是大面积的，故该方法在金属网表面沉积金刚石薄膜只适合实验室研究，不适合工业化生产和大量的工业用途。

对比例2采用火焰燃烧法进行金刚石涂层沉积，得到的金属网的油水分离性能较本发明差。

综上所述，本发明通过热丝化学气相沉积法以及金属网沉积涂层装置生长纳米金刚石有效避免了金属网在沉积过程中的变形，该方法成膜速率快，制备工艺简单、工艺稳定、成本低，适合工业化生产和大规模工业化使用，得到的金属网油水分离效率高、使用寿命长。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。