[发明专利]一种用于微量油水混合物分离的系统及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域。更具体地，涉及一种用于微量油水混合物分离的系统及其应用。

背景技术

据统计，用于分离混合物为纯净物的能量占世界能量总消耗量的 10～15％。为了减少能量损耗，一种高能量利用率乃至无需外界能量输入用于分离油水混合物乃至油油混合物的方法是研究人员的研究热点之一。

在化学生物等领域经常会产生油水混合的液滴，这些液滴通常尺寸较小，即便长时间静置也不会分层。而对于这种油水混合微液滴的分离和收集对于环境保护，生物检定，化学分析以及功能化墨水的回收有着极其重要的意义。目前对于油水分离常用的方法包括膜分离法，海绵吸收法等。CN107080975A、 CN106977764A和CN107080976A中分别制备了亲水/疏油功能油水分离网以及超疏油超亲水海绵，虽然这些技术方案都具有一定的油水分离的效果，但是也存在明显的不足。如工艺复杂，成本较高，而且能量利用率低等。最重要的缺点是在这些方案对所分离的混合液体体积总量要求较高，而且这些油水混合物长时间静置后就能分层，即便不使用这些方法也能实现油水分离。同样，文献Advanced materials.2012；24(27):3666-71；Angewandte Chemie. 2015；54(49):14732-7；Advances in colloid and interface science.2016；235:46-55； Chem Sci.2013；4(2):591-5；Physical chemistry chemical physics:PCCP. 2011；13(32):14606-10报道的油水分离的材料也存在上述问题。对于一些体积较小，不易分层的油水混合微液滴，用现有的方法难以将其分离。

因此，开发一种无需外界能量输入就能够有效分离油水混合微液滴的系统具有非常广阔的应用前景。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于微量油水混合物分离的系统，该薄膜无需外界能量输入就能有效进行油水混合微液滴的分离，具有分离效果好、速度快、效率高的优点。

本发明的另一个目的在于提供一种利用上述系统进行微量油水混合物分离的方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种用于微量油水混合物分离的系统，所述系统包含表面构筑有类猪笼草结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜和表面构筑有类猪笼草结构的聚乙烯醇(PVA)薄膜。

进一步，所述PDMS薄膜和PVA薄膜均具有一系列微坑；所述微坑的长度为600～1000微米，微坑的宽度为150～350微米，微坑的高度为100～200微米，微坑的倾斜角度为10°～60°，微坑之间纵向距离为300～1500微米，微坑之间横向距离为250～1000微米。

进一步，所述PDMS薄膜对水的接触角为105°，对油的接触角小于10°；

所述PVA薄膜对水的接触角小于10°，并在水下对油的接触角大于150°。

在本发明具体的实施方式中，所述表面构筑有类猪笼草结构的PDMS薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将3d打印出的反猪笼草结构模板粘在玻璃表面皿中；

(2)在玻璃表面皿中倒入质量比为5-20：1的PDMS与固化剂的混合液，使得混合液的液面高度高于反猪笼草结构模板0.5-3毫米；

(3)利用抽真空的方式将混合液与模板之间的气泡排出，并将其放入一个完全水平的温度为60℃的烘箱中6小时，使得PDMS完全固化；(4)将固化后的PDMS薄膜缓缓揭下，即得表面构筑有类猪笼草结构的PDMS薄膜。

优选的，所述PDMS与固化剂的质量比为10:1。

进一步，所述固化剂为硅橡胶交联剂。

在本发明具体的实施方式中，所述表面构筑有类猪笼草结构的PVA薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将3d打印出的反猪笼草结构模板粘在玻璃表面皿中；

(2)在玻璃表面皿中倒入质量比为20:135:40的PVA、二甲基亚砜和水的混合液，使得混合液的液面高度高于反猪笼草结构模板0.5-3毫米；

(3)将玻璃表面皿放入一个完全水平的温度为-20℃，湿度为90％的恒温恒湿箱中4小时，使得PVA成膜；

(4)将PVA薄膜缓缓揭下，即得表面构筑有类猪笼草结构的PVA薄膜。

本发明进一步提供了一种利用用于微量油水混合物分离的系统进行微量油水混合物分离的方法，包括以下步骤：