[发明专利]一种蒸汽滴状冷凝换热表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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HNO₃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^-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；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([R₁R₂Im][N(CF₃SO₂)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。

具体实施方式

本发明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。

本发明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。

本发明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HNO₃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^-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；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([R₁R₂Im][N(CF₃SO₂)₂^-])浸润表面；