一种自发反重力输运微小油滴的水下油泵及其制备方法和应用与流程

本发明属于功能材料及流体控制技术领域，具体涉及一种可实现水下微小油滴自发反重力输运的水下油泵的制备方法及应用。

背景技术：

液体的定向输运行为通常需要使用机械泵等推动装置实现，这种方法不仅会增加施工难度，也会消耗大量能源。在液体输运的过程中，能够连续的定向输运在生产生活中更具有重要的现实意义。目前，石油的水下开采占很大的份额，在开采过程中，如何高效地进行油品富集和输运是重要问题。

通过研究固体表面浸润性对液体运动的影响，利用水下超疏油材料能最大程度保存油的表面能的特性，使水下的微小油滴仅通过与液面融合时释放的表面能即可实现油滴的反重力自输运，并通过设计合理器件，可使其实现水下油滴的连续输运。

技术实现要素：

针对水下油品富集和输运技术的不足，本发明提供一种自发反重力输运微小油滴的水下油泵及其制备方法和应用。将水下超疏油铜网通过夹子固定在石英玻璃管材的末端，并在所述石英玻璃管材内部、水下超疏油铜网上表面填充水下亲油材料层，与所述水下超疏油铜网下表面接触的油滴会在拉普拉斯压的推动下，向石英玻璃管材内部运动，实现了油滴的收集和反重力输运，即用于自发反重力输运微小油滴的水下油泵。

所述的一种自发反重力输运微小油滴的水下油泵，具体包括以下步骤：

步骤一，铜网预处理；

将孔径为400～900μm的铜网浸入乙醇中，超声清洗10min，用去离子水洗净，再浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，用去离子水洗净，晾干，备用；

步骤二，制备水下超疏油铜网；

将氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网浸入混合溶液中反应8min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下超疏油铜网，备用；

所述的氢氧化钠溶液的浓度为4.5～5.5M，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.0125～0.0175M。所述的氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液进行混合的体积比为1:0.8～1:1.2。

步骤三，制备自发反重力输运微小油滴的水下油泵；

将步骤二制备的孔径在400～900μm的水下超疏油铜网与石英玻璃管材组装起来，具体为将水下超疏油铜网用夹子固定在石英玻璃管材的末端，并在所述的石英玻璃管材内壁、水下超疏油铜网的上表面，均覆盖水下亲油材料层，制得自发反重力输运微小油滴的水下油泵。

优选的，所述的孔径在400～600μm。

所述石英玻璃管材的内径为6～10mm。

所述的石英玻璃管材内壁中的亲油材料层为油层，优选水下亲油材料层的厚度为3mm～5mm。

上述方法制备得到的所述的自发反重力输运微小油滴的水下油泵，可以将器件直接置于水下，用于在无附加动力情况下的水下微小油滴连续输运，实现油滴的收集和反重力运输。

本发明的优点在于：

1、本发明提出一种可实现自发反重力输运微小油滴的水下油泵，制备方法简单，原料易得，成本低。

2、本发明提出一种可实现自发反重力输运微小油滴的水下油泵，可用于水下微小油滴的富集和定向连续自输运，在生产、环保等领域具有广泛应用。

3、本发明提出一种可实现自发反重力输运微小油滴的水下油泵的制备方法，该方法所制备得到的水下油泵装置无污染，可持续进行水下微小油滴的富集和定向连续自输运，可循环使用。

附图说明

图1A：本发明实施例1制备的用于自发反重力输运微小油滴的水下油泵的水下超疏油铜网的疏油效果照片。

图1B：本发明实施例1制备的用于自发反重力输运微小油滴的水下油泵的水下超疏油铜网的表面扫描电镜照片。

图2：本发明中用于自发反重力输运微小油滴的水下油泵的原理示意图。

图3：本发明实施例1中用于自发反重力输运微小油滴的实际过程照片。

图4：本发明实施例2中用于连续自发反重力输运微小油滴的实际过程照片。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种用于自发反重力输运微小油滴的水下油泵，如图2所示，所述的水下油泵包括水下超疏油铜网和石英玻璃管材，所述的水下超疏油铜网通过夹子固定在石英玻璃管材的一端，并在所述石英玻璃管材内部、水下超疏油铜网上表面填充水下亲油材料层，形成水下油泵。将所述石英玻璃材竖直放置，水下超疏油铜网在下方，与所述水下超疏油铜网下表面接触的油滴会在拉普拉斯压的推动下，向石英玻璃管材内部运动，实现反重力输运微小油滴。

所述石英玻璃管材2的内径为6mm，所述水下超疏油铜网的孔径为400～900μm，优选400～600μm。

所述的水下亲油材料层为油层，水下亲油材料层的厚度为3mm～5mm。

所述的一种用于自发反重力输运微小油滴的水下油泵的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，铜网预处理；

将孔径为400～900μm的铜网浸入乙醇中，超声清洗10min，用去离子水洗净，再浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，用去离子水洗净，晾干，备用；

步骤二，制备水下超疏油铜网；

将氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网浸入混合溶液中反应8min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下超疏油铜网，备用；

所述的氢氧化钠溶液的浓度为4.5～5.5M，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.0125～0.0175M。所述的氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液进行混合的体积比为1:0.8～1:1.2。

步骤三，制备自发反重力输运微小油滴的水下油泵；

将步骤二制备的孔径在400～900μm的水下超疏油铜网与石英玻璃管材组装起来，具体为将水下超疏油铜网用夹子固定在石英玻璃管材的末端，并在所述的石英玻璃管材内壁、水下超疏油铜网的上表面，均覆盖水下亲油材料层，制得自发反重力输运微小油滴的水下油泵。

实施例1

步骤一，铜网预处理；

将孔径为400μm的铜网浸入乙醇中，超声清洗10min，用去离子水洗净，再浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，用去离子水洗净，晾干，备用。

步骤二，制备水下超疏油铜网；

将氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网浸入混合溶液中反应8min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下疏油铜网，备用；

如图1A和图1B所示，所述的水下超疏油铜网表面具有针状的粗糙结构，水下油的接触角可达150°左右。

所述的氢氧化钠溶液的浓度为5.5M，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.0175M。所述的氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液的体积比为1:0.8。

步骤三，制备自发反重力输运微小油滴的水下油泵；

将步骤二制备的孔径在400μm的水下超疏油铜网固定在石英玻璃管材的末端，制得自发反重力输运微小油滴的水下油泵。竖直放置所制得的水下油泵，向石英玻璃管材中滴加3～5mm油层作为亲油材料层。如图3所示，利用水下疏油注射器将油滴连续运输到水下油泵下表面并与水下超疏油铜网接触，由于拉普拉斯压的作用，上方油层被连续抬升，实现反重力油滴输运。

实施例2

步骤一，铜网预处理；

将孔径为900μm的铜网浸入乙醇中，超声清洗10min，用去离子水洗净，再浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，用去离子水洗净，晾干，备用；

步骤二，制备水下疏油铜网；

将氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网浸入混合溶液中反应8min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下疏油铜网，备用；

所述的氢氧化钠溶液的浓度为4.5M，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.0125M。所述的氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液的体积比为1:1.2。

步骤三，制备自发反重力输运微小油滴的水下油泵；

将步骤二制备的孔径在900μm的水下疏油铜网与石英玻璃管材组装起来，用夹子固定，制得连续自发反重力输运微小油滴的水下油泵。竖直放置所制得的水下油泵，向石英玻璃管材中滴加3～5mm的油层作为亲油材料层。如图4所示，利用水下疏油注射器将油滴连续运输到水下油泵下表面并与水下超疏油铜网接触，由于拉普拉斯压的作用，上方油层被连续抬升至6cm高的平台，可实现连续的自发反重力油滴输运。

实施例3

步骤一，铜网预处理；

将孔径为600μm的铜网浸入乙醇中，超声清洗10min，用去离子水洗净，再浸入1M盐酸溶液中，超声清洗10min，用去离子水洗净，晾干，备用；

步骤二，制备水下疏油铜网；

将氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液，将预处理的铜网浸入混合溶液中反应8min后取出，用去离子水洗净，晾干，得到水下疏油铜网，备用；

所述的氢氧化钠溶液的浓度为4.5M，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.0125M。所述的氢氧化钠溶液与过硫酸铵溶液的体积比为1:0.8。

步骤三，制备自发反重力输运微小油滴的水下油泵；

将步骤二制备的孔径在600μm的水下疏油铜网与石英玻璃管材组装起来，用夹子固定，制得连续自发反重力输运微小油滴的水下油泵。竖直放置所制得的水下油泵，向石英玻璃管材中滴加油层作为亲油材料层。利用水下疏油注射器将油滴连续运输到水下油泵下表面并与水下超疏油铜网接触，由于拉普拉斯压的作用，上方油层被连续抬升，可实现连续的自发反重力油滴输运。