专利名称：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
技术领域：
本发明属于化学化工、功能材料技术领域，特别涉及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。
背景技术：
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，中国发明专利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，中国发明专利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。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明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。本发明为推动光控制油类(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。本发明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、铁或钛金属织物网等；所述的具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为5μπι 300 μ m,优选为25 μ m 200 μ m之间；所述的固体胶为环氧树脂胶、聚氨酯胶、酚醛胶粘剂或酚醛-丁腈胶粘剂等中的一种；所述的封口膜为聚苯乙烯、聚四氟乙烯等聚烯烃类材料中的一种；所述的微纳米分级结构网膜是通过以下方法制备的(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料清洗干净并干燥；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂厚度为 100 200nm的0. 1 lmol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液、0. 1 lmol/L的氧化钛溶胶或 0. 1 lmol/L的氧化锡溶胶，然后进行退火处理1 5小时后选择冷却至室温后，得到了厚度为100 200nm氧化锌、氧化钛或氧化锡的晶种层，当选择醋酸锌的乙二醇甲醚溶液时退火条件为350 450°C，当选择氧化钛溶胶时退火条件为450 550°C，当选择氧化锡溶胶时退火条件为400 600°C ；(3)将制备所得的涂有晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于硝酸锌和六次甲基四胺的混合溶液、钛酸四丁酯的水溶液或四氯化锡的水溶液中，当生长氧化锌纳米棒阵列结构时，选择硝酸锌和六次甲基四胺的混合溶液，其中硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为1 3 5 1，锌离子浓度为0.01 0.5mol/L，当生长氧化钛纳米棒阵列结构时，选择钛酸四丁酯的水溶液，该钛酸四丁酯的水溶液的配比为向5 60mL浓度为37% 的HCl溶液中加入1 IOmL钛酸四丁酯和0 60mL的水；当生长氧化锡纳米棒阵列结构时；选择四氯化锡的水溶液，该四氯化锡的水溶液的配比为向1 IOmL浓度为37%的HCl 中加入0. 01 lmol/L锡离子(例如可以加入SnCl4 ·5Η20)和0. 01 lmol/L的尿素。在 80 220°C下生长纳米棒阵列结构4 48小时，当选择在硝酸锌和六次甲基四胺的混合溶液中生长时，优选在80 100°C下生长氧化锌纳米棒阵列结构4 15小时，当选择在钛酸四丁酯的水溶液中生长时，优选在80 220°C下生长二氧化钛纳米棒阵列结构5 48小时，当选择四氯化锡的水溶液中生长时，优选在80 100°C下生长氧化锡纳米棒阵列结构 10 48小时，然后冷却至室温后，将长有纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水清洗干净并干燥，得到在具有微米结构的孔状结构的织物网基底上生长有纳米棒阵列结构的微纳米分级结构网膜。所述的乙二醇甲醚溶液中还含有络合剂一乙醇胺，醋酸锌与一乙醇胺的摩尔比为1 3 3 1 ；所述的氧化 钛溶胶为钛酸四丁酯乙酰丙酮去离子水乙醇的摩尔比为 10 1 1 10 1 10 1 50 ；所述的氧化锡溶胶为含有四氯化锡的乙醇溶液。所述的步骤(1)和步骤(3)中的清洗可以顺次采用清洁剂(如洗洁精)、去离子水、乙醇、丙酮和去离子水进行超声洗涤；所述的步骤(1)和步骤(3)中的干燥可以选择在 30 80°C条件下烘烤1 10小时。应用本发明提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的方法具体为 在利用本发明的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件进行油水分离时，先对微纳米分级结构网膜进行暗态存储1 30d，温度为10 50°C，以使得其在空气中获得超疏水性。当微纳米分级结构网膜获得超疏水性后，将其置于恒定水面装置中。当油水混合物加入到油水混合物集液装置后，由于微纳米分级结构网膜具有超疏水性，水承受反毛细压，不能进入其纳米结构，不能通过微纳米分级结构网膜，同时微纳米分级结构网膜也具有水下超疏油特性，油不能通过微纳米分级结构的网膜，这样油水混合物就稳定的停留在油水分离装置的上方。当光源装置发射紫外光进行光照时，紫外光照波长为200 400nm，光照强度1 800mW/cm2，光照时间为0. 1 2小时，微纳米分级结构网膜获得亲水性。水进入其纳米结构并被束缚，形成了充满水的纳米结构层，水可以自由通过微纳米分级结构网膜。这样，油水分离装置中油水混合物的水快速通过微纳米分级结构网膜，而在微纳米分级结构网膜与油水之间形成了特殊的油/水/固(指微纳米分级结构网膜)不连续三相界面，大大减少了油和水的接触面积，并且束缚在具有微纳米分级结构网膜的纳米结构中的水对油层产生排斥，从而获得了水下微纳米分级结构网膜的超疏油特性，油不能自由通过微纳米分级结构网膜，这样就实现了光控制油水分离。油水分离之后，将油水混合物集液装置中分离得到的油从导液口 A中倒出得到分离的油，将水收集装置中的水的从导液口 B中倒出得到分离的水。所述的油水混合物中的油具体为十六烷、真空泵油、液体石蜡、二氯乙烷、汽油、柴油、煤油、苯及其同系物、原油或动植物油等。本发明的优点在于(1)本发明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。(2)应用本发明提供的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件进行油水分离时，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， 而此薄膜在经暗态存储后或经紫外光照时都具有水下超疏油特性，这样就可以实现经暗态存储后水和油都不渗透网膜，而经紫外光照时可以实现水渗透网膜而油不渗透网膜。同时， 基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件中纳米棒阵列结构材料层材料具有水下自清洁特性，不易被油污染，而且对水稳定，因此该基于微纳米分级结构网膜的光控制油水分离器件可以重复多次使用。(3)本发明提供的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件中的具有微纳米分级结构网膜可以大面积制备，而且机械强度好，在光控制油水分离和微反应器除水领域中具有非常好的应用前景。
图1为本发明提出的微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件结构示意图；图2a 具有微米结构的孔状结构织物网基底材料表面生长的纳米棒阵列结构材料层正面大面积扫描电镜照片及局部扫描电镜放大照片；图2b 是图2a中纳米棒阵列结构材料层正面扫描电镜放大照片；图2c 是图2a中纳米棒阵列结构材料层侧面扫描电镜放大照片；图3a.紫外光照前，在空气中10微升水滴在微纳米分级结构网膜表面的形状照片；图3b.紫外光照后，在空气中水滴可以渗透微纳米分级结构网膜的形状照片；图3c.是图3b中继续加水时水滴可以自由通过微纳米分级结构网膜的形状照片；图3d.紫外光照后，在水中10微升液体石蜡油滴在微纳米分级结构网膜表面的形状照片；图中1-油水混合物集液装置； 2-微纳米分级结构网膜；3-恒定水面装置；4-引流装置；5-水收集装置；6-光源装置7-导液口 A ；8-侧面切口 ；9-导液口 B ；10-铁架台；11-光照方向；201-纳米棒阵列结构材料层；202-孔状结构织物网基底材料。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。实施例1本实施例提供的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，如图1所示，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3、引流装置4、水收集装置5和光源装置6。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1和微纳米分级结构网膜2构成。所述的油水混合物集液装置1为两端通透的管状容器，其侧壁上设置一个导液口 A7，直径为1cm，距离底部5cm。所述的微纳米分级结构网膜2通过环氧树脂胶固定于油水混合物集液装置1的通透的两端中的底端一端，通过该微纳米分级结构网膜2将油水混合物集液装置1的底端封住；底部固定有微纳米分级结构网膜2的油水混合物集液装置1水平置于恒定水面装置3上，用带有夹子的铁架台10将油水混合物集液装置1固定，使微纳米分级结构网膜2 处于恒定水面装置3内底部中央，微纳米分级结构网膜2与恒定水面装置3底部相距0cm。 恒定水面装置3的顶部侧壁边缘具有一个侧面切口 8，恒定水面装置3为有底的无盖柱形容器，侧面切口 8处于无盖端。侧面切口 8顶端距底端的水平方向距离为恒定水面装置3底部圆面直径的1/10，且该侧面切口 8的底端与置于恒定水面装置3中的微纳米分级结构网 膜2的位置等高；所述的恒定水面装置3水平置于引流装置4内部；引流装置4为漏斗状装置。恒定水面装置3侧面切口 8与引流装置4的内壁之间存在缝隙，缝隙部位的最小尺寸为恒定水面装置3柱形容器底部圆面直径的1/10。
所述的水收集装置5水平位于引流装置4下方，用于收集引流装置4流出的水，且该水收集装置5的侧壁上设置有导液口 B9，导液口 B9的直径为水收集装置5容器直径的 1/10 ；距离水收集装置5底部Icm处。所述的光源装置6置于水收集装置5的上方，其光源为紫外光源，波长为200nm，强度为lmW/cm2。光照方向11朝向微纳米分级结构网膜2方向。恒定水面装置底部为透明材质的透明石英玻璃，因此可以将光源装置6发出的光朝向微纳米分级结构网膜2方向照射。所述的微纳米分级结构网膜2暗态存储后具有超疏水，紫外光照时具有超亲水特性，微纳米分级结构网膜2在暗态存储后及紫外光照下均具有水下超疏油特性，如图2-a、 图2-b和图2-c所示，由具有微米结构的孔状结构织物网基底材料202和与其表面垂直的纳米棒阵列结构材料层201构成，纳米棒阵列结构材料层201垂直生长在具有微米结构的孔状结构织物网基底材料202表面。所述的纳米棒阵列结构材料层201中的纳米棒的长度为1 μ m，纳米棒的直径在 25nm ；纳米棒与纳米棒之间的间距为20nm ；纳米棒阵列结构材料层201的纳米棒是氧化锌材料；所述的具有微米结构的孔状网状织物网基底材料202为不锈钢；所述的具有微米结构的孔状网状织物网基底材料202的微米结构孔径为5 μ m。所述的微纳米分级结构网膜是由以下方法制备得到的，具体包括以下几个步骤(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料清洗干净并在30°C条件下烘烤10小时干燥；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂厚度为 IOOnm的0. lmol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液，乙二醇甲醚溶液中还含有络合剂一乙醇胺， 醋酸锌与一乙醇胺的摩尔比为1 3 ；然后进行350°C退火处理1小时后选择冷却至室温后，得到了厚度为IOOnm氧化锌晶种层；(3)将制备所得的涂有晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于硝酸锌和六次甲基四胺的混合溶液中，硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为1 3，锌离子浓度为 0. Olmol/L，在80°C下生长氧化锌纳米棒阵列结构4小时，然后冷却至室温后，将长有纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水清洗干净并在30°C 条件下烘烤10小时干燥，得到在具有微米结构的孔状结构的织物网基底上生长有纳米棒阵列结构的微纳米分级结构网膜2。应用本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的方法具体为在利用本发明的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件进行油水分离时，先对微纳米分级结构网膜2进行暗态存储ld，温度为10°C，以获得其超疏水性，如图3a所示，然后将其置于恒定水面装置中，当油水混合物加入到油水分离装置后，由于微纳米分级结构网膜2具有超疏水性，水承受反毛细压，不能进入其纳米结构，不能通过微纳米分级结构网膜2，同时微纳米分级结构网膜2具有水下超疏油特性，油也不能通过微纳米分级结构网膜 2，这样油水混合物就稳定的停留在油水分离装置的上方。当用紫外光进行光照时，紫外光照波长为200nm，光照强度lmW/cm2，光照时间为2小时，微纳米分级结构网膜2获得超亲水性。当微纳米分级结构网膜2获得超亲水性后，水进入其纳米结构并被束缚，形成了充满水的纳米结构层，水可以自由通过微纳米分级结构网膜2，如图3b所示，油水分离装置中油水混合物的水快速通过微纳米分级结构的网膜，如图3c所示，而在微纳米分级结构网膜2与油水之间形成了特殊的油/水/固(微纳米分级结构网膜2)不连续三相界面，大大减少了油和水的接触面积，并且束缚在具有微纳米分级结构网膜2的纳米结构中的水对油层产生排斥，从而水下微纳米分级结构网膜2的超疏油特性使得油不能自由通过微纳米分级结构的网膜，如图3d，这样就实现了油水分离。油水分离之后，将导液口 A7打开排出油水混合物集液装置1中分离得到的油，将导液口 B9打开排出水收集装置5的容器中分离得到的水。 所述的油水混合物中的油为液体石蜡。实施例2 本实施例提出的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3、引流装置4、水收集装置5和光源装置6。 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1和微纳米分级结构网膜2构成。所述的油水混合物集液装置1为两端通透漏斗状容器，其侧壁上设置一个导液口 A7，直径为10cm，距离底部30cm，所述的微纳米分级结构网膜2通过聚氨酯胶固定于油水混合物集液装置1的通透的两端中的底端一端，通过该微纳米分级结构网膜2将油水混合物集液装置1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1置于恒定水面装置3 上，用含有夹子的铁架台等将油水混合物集液装置1固定，使微纳米分级结构网膜2处于恒定水面装置3内底部中央，微纳米分级结构网膜2与恒定水面装置3底部相距1cm。恒定水面装置3的顶部侧壁边缘具有一个侧面切口 8，恒定水面装置3为无盖柱形容器，侧面切口 8处于无盖端。侧面切口 8顶端距底端的水平方向距离为恒定水面装置3底部圆面直径的1/2，且该侧面切口 8的底端较置于恒定水面装置3中的微纳米分级结构网膜2的等高位置；所述的恒定水面装置3置于引流装置4内部；引流装置4为漏斗状装置。所述的恒定水面装置3侧面切口 8下方底端与引流装置4的内壁之间存在缝隙，缝隙尺寸为恒定水面装置3柱形容器底部圆面直径的1/3。所述的水收集装置5位于引流装置4下方，用于收集引流装置4流出的水，且该水收集装置5的侧壁上还设置有导液口 B9，用于导出分离得到的水，导液口 B9的直径为水收集装置5容器直径的1/2 ；距离水收集装置5底部IOcm处。所述的光源装置6置于水收集装置5的上方，其光源为紫外光源，波长为400nm，强度为800mW/cm2。恒定水面装置3和引流装置4的底部为透明材质透明石英玻璃，因此可以将光源装置6发出的光朝向微纳米分级结构网膜2方向照射。所述的微纳米分级结构网膜2暗态存储后具有超疏水，紫外光照时具有超亲水特性，微纳米分级结构网膜2在暗态存储后及紫外光照下均具有水下超疏油特性，由具有微米结构的孔状结构织物网基底材料202和与其表面垂直的纳米棒阵列结构材料层201构成，纳米棒阵列结构材料层201垂直生长在具有微米结构的孔状结构织物网基底材料202 表面。所述的纳米棒阵列结构材料层201中的纳米棒的长度为10 μ m,纳米棒的直径在25nm ；纳米棒与纳米棒之间的间距在20nm ；纳米棒阵列结构材料层201的纳米棒是氧化锌材料；所述的具有微米结构的孔状网状织物网基底材料为铜网；所述的具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为300 μ m ；所述的 微纳米分级结构网膜是由以下方法制备得到的，具体包括以下几个步骤(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料清洗干净并在80°C条件下烘烤1小时干燥；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂厚度为200nm的lmol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液，该乙二醇甲醚溶液中还含有络合剂一乙醇胺，醋酸锌与一乙醇胺的摩尔比为3 1 ；然后进行450°C退火处理5小时后选择冷却至室温后，得到了厚度为200nm氧化锌晶种层，当选择醋酸锌的乙二醇甲醚溶液时退火条件为 350 450 ；(3)将制备所得的涂有晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于硝酸锌和六次甲基四胺的混合溶液中，其中硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为5 1，锌离子浓度为0. 5mol/L, 100°C下生长氧化锌纳米棒阵列结构15小时，然后冷却至室温后，将长有纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水清洗干净并在80°C 条件下烘烤1小时干燥，得到在具有微米结构的孔状结构的织物网基底上生长有纳米棒阵列结构的微纳米分级结构网膜2。应用本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的方法具体为在利用本发明的基于微纳米分级结构网膜2的光控制油水分离器件进行油水分离时， 先对微纳米分级结构网膜2进行暗态存储30d，温度为50°C，以使得其在空气中获得超疏水性。当微纳米分级结构网膜2获得超疏水性后，将其置于恒定水面装置3中。当油水混合物加入到油水分离装置后，由于微纳米分级结构网膜2具有超疏水性，水承受反毛细压，不能进入其纳米结构，不能通过微纳米分级结构网膜2，同时微纳米分级结构网膜2具有水下超疏油特性，油不能通过微纳米分级结构网膜2，这样油水混合物就稳定的停留在油水混合物集液装置1的上方。当光源装置6发射紫外光进行光照时，紫外光照波长为400nm，光照强度800mW/cm2，光照时间为0. 1小时，微纳米分级结构网膜1获得亲水性。水进入其纳米结构并被束缚，形成了充满水的纳米结构层，水可以自由通过微纳米分级结构网膜2。这样， 油水分离装置中油水混合物的水快速通过微纳米分级结构网膜2，而在微纳米分级结构网膜2与油水之间形成了特殊的油/水/固(指微纳米分级结构网膜)不连续三相界面，大大减少了油和水的接触面积，并且束缚在具有微纳米分级结构网膜2的纳米结构中的水对油层产生排斥，从而获得了水下微纳米分级结构网膜2的超疏油特性，油不能自由通过微纳米分级结构网膜2，这样就实现了光控制油水分离。油水分离之后，将油水混合物集液装置1中分离得到的油从导液口 A中倒出得到分离的油，将水收集装置5中的水的从导液口 B9中倒出得到分离的水。所述的油水混合物中的油具体为十六烷。实施例3 本实施例提出的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3、引流装置4、水收集装置5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1和微纳米分级结构网膜2构成。
所述的油水混合物集液装置1为两端通透的管状容器，其侧壁上可设置一个导液口 A7，直径为5cm，距离底部15cm，用于导出分离得到的油。所述的微纳米分级结构网膜2 通过聚苯乙烯封口膜固定于油水混合物集液装置1的通透的两端中的底端，通过该微纳米分级结构网膜2将油水混合物集液装置1的底端封住；底部固定有微纳米分级结构网膜2的油水混合物集液装置1置 于恒定水面装置3 上，可用含有夹子的铁架台等将其固定，使微纳米分级结构网膜2处于恒定水面装置3内底部中央，微纳米分级结构网膜2与恒定水面装置底部相距0. 5m。恒定水面装置的顶部侧壁边缘具有一个侧面切口 8，用于控制水面高度，恒定水面装置为无盖柱形容器，侧面切口 8 处于无盖端。侧面切口 8顶端距低端的水平方向距离为恒定水面装置底部圆面直径的1/5， 且该侧面切口 8的低端较置于恒定水面装置3中的微纳米分级结构网膜2的位置高0. 5cm ； 该侧面切口 8用于使微纳米分级结构网膜2处于水环境中，水面恒定且水面较微纳米分级结构网膜2高0. 5cm。所述的恒定水面装置3置于引流装置4内部；引流装置4选择漏斗状装置。所述的恒定水面装置3侧面切口 8与引流装置4的内壁之间存在缝隙，缝隙尺寸为恒定水面装置3柱形容器底部圆面直径的1/5。所述的水收集装置5位于引流装置4下方，用于收集引流装置4流出的水，且该水收集装置5的侧壁上设置有导液口 B9，导液口 B9的直径为水收集装置5容器直径的1/10 1/2 ；距离水收集装置5底部5cm处。所述的光源装置6置于水收集装置5的上方，其光源为紫外光源，波长为300nm，强度为500mW/cm2)。恒定水面装置3和引流装置4底部为透明材质透明石英玻璃，因此可以将光源装置发出的光的光照方向11朝向微纳米分级结构网膜2方向照射。所述的微纳米分级结构网膜2暗态存储后具有超疏水，紫外光照时具有超亲水特性，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，由具有微米结构的孔状结构织物网基底材料202和与其表面垂直的纳米棒阵列结构材料层201构成， 纳米棒阵列结构材料层201垂直生长在具有微米结构的孔状结构织物网基底材料202表面。所述的纳米棒阵列结构材料层201中的纳米棒的长度为2 μ m，纳米棒的直径为 50nm ；纳米棒与纳米棒之间的间距为60nm ；纳米棒阵列结构材料层201的纳米棒是氧化钛材料；所述的具有微米结构的孔状网状织物网基底材料为铝网；所述的具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为25 μ m ；所述的微纳米分级结构网膜是由以下方法制备得到的，具体包括以下几个步骤(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料清洗干净并干燥；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂厚度为 120nm的0. lmol/L的氧化钛溶胶，该氧化钛溶胶为钛酸四丁酯乙酰丙酮去离子水乙醇的摩尔比为10 1 1 10;然后进行450°C退火处理2小时后选择冷却至室温后，得到了厚度为120nm氧化钛晶种层；(3)将制备所得的涂有晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于钛酸四丁酯的水溶液中，该钛酸四丁酯的水溶液的配比为向5mL浓度为37%的HCl中加入IOmL 钛酸四丁酯；在80°C下生长二氧化钛纳米棒阵列结构5小时，然后冷却至室温后，将长有纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水清洗干净并干燥，得到在具有微米结构的孔状结构的织物网基底上生长有纳米棒阵列结构的微纳米分级结构网膜2。所述的步骤(1)和步骤(3)中的清洗顺次采用洗洁精、去离子水、乙醇、丙酮和去离子水进行超声洗涤；所述的步骤(1)和步骤(3)中的干燥可以选择在50°C条件下烘烤5 小时。 应用本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜2的光控油水分离器件的方法具体为在利用本发明的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件进行油水分离时， 先对微纳米分级结构网膜2进行暗态存储15d，温度为30°C，以使得其在空气中获得超疏水性。当微纳米分级结构网膜2获得超疏水性后，将其置于恒定水面装置3中。当油水混合物加入到油水混合物集液装置1后，由于微纳米分级结构网膜2具有超疏水性，水承受反毛细压，不能进入其纳米结构，不能通过微纳米分级结构网膜2，同时有也具有水下超疏油特性， 油不能通过微纳米分级结构网膜2，这样油水混合物就稳定的停留在油水混合物集液装置 1的上方。当光源装置6发射紫外光进行光照时，紫外光照波长为300nm，光照强度500mW/ cm2，光照时间为1小时，微纳米分级结构网膜2获得亲水性。水进入其纳米结构并被束缚， 形成了充满水的纳米结构层，水可以自由通过微纳米分级结构网膜2。这样，油水分离装置 1中油水混合物的水快速通过微纳米分级结构网膜2，而在微纳米分级结构网膜2与油水之间形成了特殊的油/水/固(指微纳米分级结构网膜)不连续三相界面，大大减少了油和水的接触面积，并且束缚在具有微纳米分级结构网膜2的纳米结构中的水对油层产生排斥， 从而获得了水下微纳米分级结构网膜2的超疏油特性，油不能自由通过微纳米分级结构网膜2，这样就实现了光控制油水分离。油水分离之后，将油水混合物集液装置1中分离得到的油从导液口 A7中倒出得到分离的油，将水收集装置5中的水的从导液口 B9中倒出得到分离的水。所述的油水混合物中的油为真空泵油。实施例4 本实施例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的组成、结果及连接关系与实施例1完全相同，区别仅在于微纳米分级结构网膜2的纳米棒阵列结构材料层201中的纳米棒的长度为8 μ m，纳米棒的直径在为500nm ；纳米棒与纳米棒之间的间距为450nm ；纳米棒阵列结构材料层201的纳米棒是氧化钛材料，具有微米结构的孔状网状织物网基底材料为铁网；具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为 200 μ m ；所述的微纳米分级结构网膜是由以下方法制备得到的，具体包括以下几个步骤(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料清洗干净并干燥；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂厚度为 150nm的lmol/L的氧化钛溶胶，然后进行450°C退火处理5小时后选择冷却至室温后，得到了厚度为150nm氧化钛晶种层；所述的氧化钛溶胶为钛酸四丁酯乙酰丙酮去离子水 乙醇的摩尔比为1 10 1 50;(3)将制备所得的涂有晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于钛酸四丁酯的水溶液中，该钛酸四丁酯的水溶液的配比为向60mL浓度为37%的HCl中加入ImL 钛酸四丁酯和60mL的水；在220°C下生长二氧化钛纳米棒阵列结构48小时，然后冷却至室温后，将长有纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水清洗干净并干燥，得到在具有微米结构的孔状结构的织物网基底上生长有纳米棒阵列结构的微纳米分级结构网膜2。应用本实 施例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的方法与实施例1的应用方法完全相同。实施例5 本实施例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组成、结果及连接关系与实施例1完全相同，区别仅在于具有微纳米分级结构网膜的纳米棒阵列结构材料层201中的纳米棒的长度为5 μ m，纳米棒的直径在为1 μ m ；纳米棒与纳米棒之间的间距为Iym;纳米棒阵列结构材料层201的纳米棒是氧化锡材料，具有微米结构的孔状网状织物网基底材料为钛织物网；具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为 IOOym ；所述的微纳米分级结构网膜是由以下方法制备得到的，具体包括以下几个步骤(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料清洗干净并干燥；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂厚度为 160nm的0. lmol/L的氧化锡溶胶，然后进行400°C退火处理1小时后选择冷却至室温后，得到了厚度为ieOnm氧化锡的晶种层。氧化锡溶胶为含有四氯化锡的乙醇溶液；(3)将制备所得的涂有晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于四氯化锡的水溶液中，该四氯化锡的水溶液的配比为向ImL浓度为37%的HCl中加入lmol/L锡离子和0. 01mol/L的尿素，在80°C下生长氧化锡纳米棒阵列结构10小时，然后冷却至室温后，将长有纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水清洗干净并干燥，得到在具有微米结构的孔状结构的织物网基底上生长有纳米棒阵列结构的微纳米分级结构网膜2。应用本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的方法与实施例1的应用方法完全相同，区别仅在于所采用的油水混合物中的油为二氯乙烷。实施例6 本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的组成、结果及连接关系与实施例ι完全相同，区别仅在于微纳米分级结构网膜2的纳米棒阵列结构材料层201中的纳米棒的长度为7 μ m，纳米棒的直径在为1.5μπι;纳米棒与纳米棒之间的间距为1. 5 μ m ；纳米棒阵列结构材料层201的纳米棒是氧化锡材料，具有微米结构的孔状网状织物网基底材料为钛织物网；具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为 150 μ m ；所述的微纳米分级结构网膜是由以下方法制备得到的，具体包括以下几个步骤(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料清洗干净并干燥；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂厚度为 ISOnm的lmol/L的氧化锡溶胶，然后进行600°C退火处理5小时后选择冷却至室温后，得到了厚度为ISOnm氧化锡的晶种层；所述的氧化锡溶胶为含有四氯化锡的乙醇溶液；(3)将制备所得的涂有晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于四氯化锡的水溶液中，该四氯化锡的水溶液的配比为向IOmL浓度为37%的HCl中加入lmol/L锡离子和lmol/L的尿素，IOCTC下生长氧化锡纳米棒阵列结构48小时，然后冷却至室温后， 将长有纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水清洗干净并干燥，得到在具有微米结构的孔状结构的织物网基底上生长有纳米棒阵列结构的微纳米分级结构网膜2。应用本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的方法与实施例1的应用方法完全相同，区别仅在于油水混合物中的油为柴油。实施例7 本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水 分离器件组成、结果及连接关系与实施例ι完全相同，区别仅在于微纳米分级结构网膜2的纳米棒阵列结构材料层201中的纳米棒的长度为2 μ m,纳米棒的直径在为2 μ m ；纳米棒与纳米棒之间的间距为220nm ；纳米棒阵列结构材料层201的纳米棒是氧化锌材料，具有微米结构的孔状网状织物网基底材料为铁织物网；具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为 25 μ m ；所述的微纳米分级结构网膜的具体制备步骤如下(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后30°C烘烤10小时；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂IOOnm 的0. lmol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液，乙二醇甲醚溶液中还含有络合剂一乙醇胺，醋酸锌与一乙醇胺的摩尔比为3 1，然后在350°C退火5小时，得到了厚度为IOOnm氧化锌的晶种层；(3)将制备所得的涂有氧化锌的晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为1 3的混合溶液中，锌离子浓度为0.02mol/L，在 80°C下生长氧化锌纳米棒阵列结构4小时；冷却至室温后，将长有氧化锌纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水冲洗干净，干燥，即得到具有微纳米分级结构网膜2，其正面与侧面形貌扫描电子显微镜照片如图2-a、图2-b和图2-c所
7J\ ο应用本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的方法具体为在利用本发明的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件进行油水分离时，先对微纳米分级结构网膜2进行暗态存储ld，温度为10°C，以获得其超疏水性，然后将其置于恒定水面装置中，当油水混合物加入到油水分离装置后，由于微纳米分级结构网膜2具有超疏水性，水承受反毛细压，不能进入其纳米结构，不能通过微纳米分级结构网膜2，同时微纳米分级结构网膜2具有水下超疏油特性，油也不能通过微纳米分级结构网膜2，这样油水混合物就稳定的停留在油水分离装置的上方。当用紫外光进行光照时，紫外光照波长为 200nm，光照强度lmW/cm2，光照时间为2小时，微纳米分级结构网膜2获得超亲水性。当微纳米分级结构网膜2获得超亲水性后，水进入其纳米结构并被束缚，形成了充满水的纳米结构层，水可以自由通过微纳米分级结构网膜2，油水分离装置中油水混合物的水快速通过微纳米分级结构网膜2，而在微纳米分级结构网膜2与油水之间形成了特殊的油/水/固 (微纳米分级结构网膜2)不连续三相界面，大大减少了油和水的接触面积，并且束缚在具有微纳米分级结构网膜2的纳米结构中的水对油层产生排斥，从而水下微纳米分级结构网膜2的超疏油特性使得油不能自由通过微纳米分级结构网膜2，如图3d，这样就实现了油水分离。油水分离之后，将导液口 A7打开排出油水混合物集液装置1中分离得到的油，将导液口 B9打开排出水收集装置5的容器中分离得到的水。所述的油水混合物中的油为液体石蜡。实施例8 本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件组成、结果及连接关系完全相同，区别仅在于微纳米分级结构网膜的纳米棒阵列结构材料层201中的纳米棒的长度为5μπι，纳米棒的直径在为500nm ；纳米棒与纳米棒之间的间距为60nm ；纳米棒阵列结构材料层201的纳米棒是氧化锌材料，具有微米结构的孔状网状织物网基底材料为铝织物网；具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为200μπι;所述的微纳米分级结构网膜的具体制备步骤如下(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后80°C烘烤1小时；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂200nm 的0. lmol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液，乙二醇甲醚溶液中还含有络合剂一乙醇胺，醋酸锌与一乙醇胺的摩尔比为1 3，然后在450°C退火1小时，得到了厚度为200nm氧化锌的晶种层；(3)将制备所得的涂有氧化锌的晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为5 1的混合溶液中，锌离子浓度为0.5mol/L，在 80°C下生长氧化锌纳米棒阵列结构15小时；冷却至室温后，将长有氧化锌纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水冲洗干净，干燥，即得到具有微纳米分级结构网膜2。应用本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的方法与实施例1的应用方法完全相同，区别仅在于油水混合物中的油为煤油。实施例9 本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的组成、结果及连接关系与本实施例1中完全相同，区别仅在于具有微纳米分级结构网膜的纳米棒阵列结构材料层201中的纳米棒的长度为8 μ m，纳米棒的直径在为50nm ；纳米棒与纳米棒之间的间距为IOOnm ；纳米棒阵列结构材料层201的纳米棒是氧化锌材料，具有微米结构的孔状网状织物网基底材料为钛织物网；具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为 200 μ m ；所述的微纳米分级结构网膜的具体制备步骤如下(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后50°C烘烤1小时；(2)在步骤(1)清洗干净的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂IOOnm 的0. lmol/L氧化钛溶胶，氧化钛溶胶中钛酸四丁酯乙酰丙酮去离子水乙醇的摩尔比为1 10 1 50，然后在450°C退火5小时，得到了厚度为IOOnm氧化锌的晶种层；(3)将制备所得的涂有氧化锌的晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于钛酸四丁酯的水溶液中，该钛酸四丁酯的水溶液的配比为向5mL浓度为37%的HCl溶液中加入IOmL钛酸四丁酯和30mL的水；在220°C下生长氧化锌纳米棒阵列结构48小时； 冷却至室温后，将长有氧化锌纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水冲洗干净，干燥，即得到具有微纳米分级结构网膜2。
应用本实施例提出的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的方法与实施例1的应用方法完全相同，区别仅在于油水混合物 中的油为苯。
权利要求
1.一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，其特征在于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，所述的微纳米分级结构网膜通过固体胶或封口膜固定于通透的油水混合物集液装置的底端；该微纳米分级结构网膜具有超亲水和水下超疏油特性，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；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，微纳米分级结构网膜处于恒定水面装置内底部中央，恒定水面装置的顶部侧壁边缘具有一个侧面切口 ；所述的恒定水面装置水平置于引流装置内部，引流装置将恒定水面装置侧面切口流出的水汇集后，从下端口流出；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；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，将光源装置发出的光朝向微纳米分级结构网膜方向照射。
2.根据权利要求1所述的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，其特征在于所述的油水混合物集液装置侧壁上设置有导液口 A，导液口 A的直径为1 10cm，距离油水混合物集液装置底部5 30cm ；所述的水收集装置的侧壁上设置有导液口 B，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 10cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，其特征在于所述的恒定水面装置的侧面切口顶端距低端的水平方向距离为恒定水面装置底部圆面直径的1/10 1/2，该侧面切口的低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 1cm。
4.根据权利要求1所述的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，其特征在于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，缝隙部位的最小尺寸为恒定水面装置柱形容器底部各顶点所在外接圆面直径的1/10 1/3。
5.根据权利要求1所述的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，其特征在于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、铁或钛金属织物网，具有微米结构的孔状网状织物网基底材料的微米结构孔径为5 μ m 300 μ m ；所述的纳米棒阵列结构材料层中的纳米棒的长度为1 μ m 10 μ m，纳米棒的直径为25nm 2 μ m ；纳米棒与纳米棒之间的间距为20nm 2 μ m ；所述的纳米棒阵列结构材料层的纳米棒为无机材料。
6.根据权利要求5所述的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，其特征在于所述的无机材料为氧化锌材料、氧化钛材料或氧化锡材料中一种。
7.根据权利要求1所述的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，其特征在于所述的微纳米分级结构网膜是通过以下几个步骤制备的(1)将具有微米结构的孔状结构的织物网基底材料清洗干净并干燥；(2)在的具有微米结构的孔状结构的织物网基底上旋涂厚度为100 200nm的0.1 lmol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液、0. 1 lmol/L的氧化钛溶胶或0. 1 lmol/L的氧化锡溶胶，然后进行退火处理1 5小时后选择冷却至室温后，得到了厚度为100 200nm氧化锌、氧化钛或氧化锡的晶种层；(3)将制备所得的涂有晶种层的具有微米结构的孔状结构的织物网基底置于硝酸锌和六次甲基四胺的混合溶液、钛酸四丁酯的水溶液或四氯化锡的水溶液中，所述的硝酸锌和六次甲基四胺的混合溶液中硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为1 3 5 1，锌离子浓度为0. 01 0. 5mol/L，所述的钛酸四丁酯的水溶液配比为向5 60mL浓度为37%的HCl溶液中加入1 IOmL钛酸四丁酯和0 60mL的水；所述的四氯化锡的水溶液配比为向1 IOmL浓度为37%的HCl中加入0. 01 lmol/L锡离子和0. 01 lmol/L的尿素；在80 220°C下生长纳米棒阵列结构4 48小时，然后冷却至室温后，将长有纳米棒阵列结构的具有微米结构的孔状结构的织物网基底取出，用去离子水清洗干净并干燥，得到在具有微米结构的孔状结构的织物网基底上生长有纳米棒阵列结构的微纳米分级结构网膜。
8.根据权利要求7所述的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，其特征在于所述的乙二醇甲醚溶液中还含有络合剂一乙醇胺，醋酸锌与一乙醇胺的摩尔比为 1 3 3 1。
9.根据权利要求7所述的一种基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件，其特征在于所述的氧化钛溶胶为钛酸四丁酯乙酰丙酮去离子水乙醇的摩尔比为 10 1 1 10 1 10 1 50。
10.一种应用权利要求1所述的基于微纳米分级结构网膜的光控油水分离器件的油水分离方法，其特征在于先对微纳米分级结构网膜进行暗态存储1 30d，温度为10 50°C,以使得其在空气中获得超疏水性，当油水混合物加入到油水分离装置后，水和油都不能渗透网膜，而经紫外光照时，实现水渗透微纳米分级结构网膜而油不渗透微纳米分级结构网膜，紫外光照波长为200 400nm，光照强度1 800mW/cm2，光照时间为0. 1 2小时， 获得其超亲水性，形成了充满水的纳米结构层，在微纳米分级结构网膜与油水之间形成了特殊的油/水/固不连续三相界面，实现了光控油水分离。
全文摘要
本发明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。
文档编号B01J19/12GK102380230SQ20111026075
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者张孝芳, 江雷, 王女, 田东亮, 翟锦 申请人:北京航空航天大学