一种具有油水分离功能的铜网的制备方法与流程

本发明具体涉及一种具有油水分离功能的铜网的制备方法。

背景技术：

水资源问题一直以来受到社会各界的广泛关注，保护和净化水资源是我们永恒的话题。近年来，在工业生产，生活排放，石油泄漏等因素下，水污染日趋严重。油水分离作为处理水资源油污染问题的首要环节，受到广大研究人员的关注。仿生超疏水表面的出现为新的基于疏水亲油原理的油水分离方法提供了可能，利用超疏水表面特性，制备出带有微孔的超疏水表面，使得油能轻易通过而水无法通过，从而达到油水分离的目的。

目前，传统的广泛应用的油水分离方法，包括采用重力，离心力，电化学等方法，但是这些方法仍然存在一定的油液残留，分离效率不高。同时，一些研究人员通过在金属网上负载氧化石墨烯并穿孔，实现了油水分离，但是生产成本高，不宜大规模制造。还有人通过在聚氨酯海绵上镀铜，获得了具有油水分离功能的海棉，这种方法分离效果较好，但是工序复杂。另外，一些新的采用疏油亲水原理制备的油水分离金属器件受到了关注。但是，一般油水分离混合物中水占较大比重，对比于疏水亲油原理，疏油亲水的器件需要分离占更多比重的液体，降低了分离效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种具有油水分离功能的铜网的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种具有油水分离功能的铜网的制备方法，包括如下步骤：

(1)将待加工的铜片置于去离子水中进行超声波清洗；

(2)用脉冲光纤激光烧蚀步骤(1)清洗后的铜片的表面，构造出具有一定排列规则的通孔阵列，其中的通孔为边长在微米级别的多边形，且相邻通孔之间的间距为290～320μm；激光的参数为：激光焦距为328～330mm，照射在铜片表面的光斑直径为0.04～0.06mm，功率为24～26w，脉冲重复频率为19～21khz，能量密度为63～64j·cm^-2；

(3)在与步骤(2)相同的激光参数下，改变激光扫描路径，用激光线扫描方式扫描铜片表面，在其表面得到二级杂化微纳米结构，得到基础铜网，其中，激光线扫描方式的扫描线的间距为0.25～0.35mm；

(4)将基础铜网置于疏水剂中进行表面疏水化处理，干燥后即得所述具有油水分离功能的铜网。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)的超声波清洗的时间为30min。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)中相邻通孔之间的间距为300μm。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)中激光的参数为：激光焦距为329mm，照射在铜片表面的光斑直径为0.05mm，功率为25w，脉冲重复频率为20khz，能量密度为63.66j·cm^-2。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)中的激光线扫描方式的扫描线的间距为0.3mm。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)中的疏水剂为硬脂酸的乙醇溶液，其浓度为1.8～2.2g/l。

进一步优选的，所述步骤(4)为：将基础铜网置于40℃的疏水剂中进行表面疏水化处理2h，干燥后即得所述具有油水分离功能的铜网。

本发明的有益效果：

1、本发明灵活方便，通过电脑控制激光加工参数，制备具有表面通孔和表面微纳米结构的铜网；且通孔的大小，微纳米颗粒的大小分布等可以通过改变参数进行调控。

2、本发明的后处理步骤简单，激光制备的铜网只需经过一步简单的疏水化处理，就能使铜网具有油水分离功能。

3、本发明制备时间短，能够实现快速制备。

4、由本发明的方法制备的铜网主要有两个优点：1)通过激光加工与疏水剂的二步结合，大大简化了实现油水分离功能的材料加工步骤；2)所需材料价格低廉，工序简单，易于大规模制造。

附图说明

图1为本发明实施例制备的具有油水分离功能的铜网实物图。

图2为本发明实施例制备的具有油水分离功能的铜网sem图。

图3为本发明实施例制备的具有油水分离功能的铜网的水和油的接触示意图(油滴为煤油)。

图4为本发明实施例制备的具有油水分离功能的铜网分离前后效果图(其中红色液体为经红墨水染色的煤油，透明液体为普通清水)。

具体实施方式

以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

实施例1

一种具有油水分离功能的铜网的制备方法，包括如下步骤：

(1)将待加工的铜片置于去离子水中进行超声波清洗30min，铜片纯度为99.99％，大小为φ26mm·0.1mm；

(2)用脉冲光纤激光(波长1064nm，脉冲持续时间100ns的ipg：ylp激光器产生的脉冲光纤激光)烧蚀步骤(1)清洗后的铜片的表面，构造出具有一定排列规则的通孔阵列，其中的通孔为边长在100μm的正方形，且相邻通孔之间的间距为300μm；激光的参数为：激光焦距为329mm，照射在铜片表面的光斑直径为0.05mm，功率为25w，脉冲重复频率为20khz，能量密度为63.66j·cm^-2激光的加工区域限制在铜片中心边长为13.5mmx13.5mm的正方形区域内，扫描速度为500mm·s^-1，激光持续烧蚀直到铜片穿透；

(3)在与步骤(2)相同的激光参数下，改变激光扫描路径，用激光线扫描方式扫描铜片表面，扫描区域不变，重复扫描10次，在其表面得到二级杂化微纳米结构，得到基础铜网，其中，激光线扫描方式的扫描线的间距为0.3mm；

(4)将基础铜网置于40℃的疏水剂(2g/l的硬脂酸的乙醇溶液)中进行表面疏水化处理2h，取出后自然风干，即得如图1所示的所述具有油水分离功能的铜网。所制备的铜网的表面超微结构如图2所示，油水分离效果如图3和图4所示。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种具有油水分离功能的铜网的制备方法，包括如下步骤：(1)将待加工的铜片置于去离子水中进行超声波清洗；(2)用脉冲光纤激光烧蚀步骤(1)清洗后的铜片的表面，构造出具有一定排列规则的通孔阵列；(3)在与步骤(2)相同的激光参数下，改变激光扫描路径，用激光线扫描方式扫描铜片表面，在其表面得到二级杂化微纳米结构，得到基础铜网；(4)将基础铜网置于疏水剂中进行表面疏水化处理，干燥后即得所述具有油水分离功能的铜网。本发明灵活方便，通过电脑控制激光加工参数，制备具有表面通孔和表面微纳米结构的铜网；且通孔的大小，微纳米颗粒的大小分布等可以通过改变参数进行调控。

技术研发人员：周锐;沈飞;林圣栋;张国彪
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2017.07.21
技术公布日：2017.09.15