[發明專利]一種蒸汽滴狀冷凝換熱表面的制備方法

有效

• 申請號: 200810222340.3
• 申請日: 2008-09-17
• 公開（公告）號: CN101676675A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 梁世強;陳亮;淮秀蘭
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F28F13/18
• 分類號: F28F13/18;B05D5/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明涉及一種可以在紫銅材質的換熱表面上固載多分子層離子液體，從而實現蒸汽滴狀冷凝換熱的方法。

背景技術

蒸汽冷凝有滴狀冷凝和膜狀冷凝兩種形式，前者的表面換熱系數要比后者高一個數量級以上，這意味著可以大幅度減小凝結換熱器的換熱面積，也意味著可以大幅度提高熱能利用效率和降低設備成本。

自然條件下，在金屬表面無法實現滴狀冷凝，實現蒸汽滴狀冷凝的基本方法是降低冷凝面的表面自由能。疏水性有機物具有比水低得多的表面能，在金屬表面涂布一層疏水有機物，是降低表面自由能的最簡便方法，也是最有可能實現規模化生產的方法。問題在于薄膜厚度與結合力之間的矛盾：如果薄膜太薄，氧氣和OH^-很容易穿過薄膜，使基底腐蝕，導致薄膜脫落；如果薄膜太厚，其附加熱阻將使強化傳熱效果大大削弱。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以在紫銅材質的換熱表面上固載多分子層離子液體，從而實現蒸汽滴狀冷凝換熱的方法。

為實現上述目的，本發明提供的在紫銅換熱表面固載離子液體的方法，步驟如下：

A)預處理：依次用400#～2000#梯度砂紙將紫銅換熱表面拋光，然后將表面浸漬于濃度約為2.5M的HNO₃溶液1～2秒鐘，取出后浸入蒸餾水中待用；

B)自組裝：將預處理的紫銅表面浸沒在10^-4～10^-7M的L-半胱氨酸水溶液中24～50小時以上，使半胱氨酸分子中的巰基與銅表面發生反應而生成Cu-S共價鍵，在銅表面形成單分子層自組裝膜；

C)加載離子液體陽離子：以蒸餾水反復沖洗處理過的表面，以除去物理吸附的半胱氨酸分子；將表面浸沒在0.2M的NaOH溶液或者0.2M的HCl溶液中，使結合在銅表面上的半胱氨酸偏離等電點，從而呈正電性或負電性；以蒸餾水沖洗表面后用風筒吹干，然后以離子液體1，3-二烷基咪唑三氟甲基硫酰胺鹽([R₁R₂Im][N(CF₃SO₂)₂^-])浸潤表面；

D)后處理：以蓋玻片覆蓋于表面之上，壓緊，然后沿表面法向輕微提拉蓋玻片，重復上述過程數次，目的是使離子液體分子呈液晶狀態排列；最后，用蒸餾水反復沖洗表面，最終得到固定在銅表面的多層離子液體分子。

具體實施方式

本發明提出的在紫銅換熱表面上固定疏水性離子液體以降低銅表面自由能并因而實現蒸汽滴狀冷凝的新方法。將離子液體固定在某種固體表面的方法，是近年來在催化領域發展起來的一種稱為離子液體固定化的新技術，目前已經成功應用于烯烴的氫甲酰化反應。首先將固體物質表面進行修飾，如用共價鍵連接單層的離子液體(或類似體)片段(如陽離子)，然后用離子液體處理表面，就會在固體物質表面形成6～10層可活動的離子液體層。用共價鍵連接的單層離子液體片段被固定在表面，其它離子液體層則以庫侖作用被固定。從應用效果看，正常情況下不會出現離子液體流失的問題。

本發明采用無味且價格低廉的L-半胱氨酸替代了先前所用的有惡臭氣味的巰基丙酸甲酯作為自組裝劑，取得了很好的效果。

本發明提供的在紫銅換熱表面固載離子液體的方法，其步驟如下：

A)預處理：依次用400#～2000#梯度砂紙將紫銅換熱表面拋光，然后將表面浸漬于濃度約為2.5M的HNO₃溶液1～2秒鐘，迅速取出后浸入蒸餾水中待用；

B)自組裝：將預處理的銅表面浸沒在10^-4～10^-7M的L-半胱氨酸水溶液中24～50小時以上，使半胱氨酸分子中的巰基與銅表面發生反應而生成Cu-S共價鍵，在銅表面形成單分子層自組裝膜；

C)加載離子液體陽離子：以蒸餾水反復沖洗處理過的表面，以除去物理吸附的半胱氨酸分子；將表面浸沒在0.2M的NaOH溶液或者0.2M的HCl溶液中，使結合在銅表面上的半胱氨酸偏離等電點，從而呈正電性或負電性；以蒸餾水沖洗表面后用風筒吹干，然后以離子液體1，3-二烷基咪唑三氟甲基硫酰胺鹽([R₁R₂Im][N(CF₃SO₂)₂^-])浸潤表面；