[發明專利]一種用于水霧收集的具有潤濕性梯度的尼龍網的制備方法

有效

• 申請號: 202011037769.2
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112156563B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 郭志光;陳蔚
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: B01D39/16
• 分類號: B01D39/16;B01D46/10
• 代理公司: 武漢聚信匯智知識產權代理有限公司 42258
• 代理人: 劉丹

本發明提供一種用于水霧收集的具有潤濕性梯度的尼龍網的制備方法，方法包括噴涂方法制備曲率梯度結構尼龍網，以及刻蝕后得到粗糙度梯度和曲率梯度兼并的尼龍網。這種方法能實現特殊的潤濕性并加速水滴匯聚以及向下傳導的速率。在2cm×2cm的尼龍網上最大的水滴承載質量達到最低0.22g，在相對霧流量為110g/s/m²時，水收集率達到1688mg/cm²/h。尼龍網具有機械性能強、成本低的特點，處理后的尼龍網的力學性能將進一步提高。因此本發明將提高室外條件下尼龍網的強度并能實現高效的霧水捕獲。這種通過簡單方法制備的水收集材料能應用于實際并可以大規模推廣。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種用于水霧收集的具有潤濕性梯度的尼龍網的制備方法。

背景技術

水資源短缺已經成為全球性的危機，全球三分之二的人口正面臨這一嚴峻形勢。不過，在一些干旱多霧的地區，從空氣中收集水正成為獲得清潔用水的有效手段。

近年來，研究人員發現蜘蛛絲具有捕捉霧滴的特性，并對其機理進行了研究。蜘蛛絲由親水性納米纖維組成，有利于微小液滴的凝聚。當水繼續凝結時，蜘蛛絲會收縮成周期性的紡錘結。沿著紡錘結的位置產生曲率梯度和粗糙度梯度，這兩個梯度都有助于水的輸送和聚結。

基于這一特點，采用多種方法制備了大量的仿生人工纖維，包括電動力學法、浸涂法、微流法、流涂法。電動力學法廣泛應用于微納米纖維的制備，在仿生蜘蛛絲領域，利用該技術制備了具有均勻紡錘結的纖維和具有核殼結構的同軸異質纖維。由于瑞利不穩定性，浸涂法是一種簡便的紡錘結纖維制備方法，可以精確控制紡錘結的尺寸。利用微流法可以設計多層非均勻材質相和間歇材質相。微流法和流涂法都能被應用于大量連續的超細仿生纖維的制備中，使其能在應用在實際中。

蜘蛛絲作為一種特殊的天然纖維，具有很高的強度、柔韌性和斷裂抑制性能。這種機械性能使其在自然條件下不易破壞其集水特性。尼龍作為一種普適性的合成纖維，已被報道應用于霧收集領域。尼龍具有優異的綜合性能，包括力學性能、耐磨性、耐化學性和自潤滑性。除此之外，尼龍透明且價格低廉，這使得它作為室外收集霧的原材料更具優勢。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單、方便、可大規模生產的具有潤濕性梯度的尼龍網的制備方法。利用噴涂技術將聚甲基丙烯酸甲酯噴涂在尼龍網上，利用了液滴自動匯聚在尼龍節點處的特性形成節點處聚合物厚而遠離節點處薄的特性，形成曲率梯度的纖維網。另外利用刻蝕技術刻蝕聚合物表面形成表面粗糙度梯度，從而形成四周往軸節有潤濕度增加的一種梯度。這種方法加速了水滴在尼龍網上的匯聚，以及加速了水滴向下傳導的速度，從而整體上形成一個高效集水的過程。此方法還減小了水滴在尼龍網上的阻塞效應以及水滴在進入收集器前的二次蒸發效應。本發明通過簡單的方法設計并制備了一種具有潤濕性梯度的尼龍網，這種尼龍網具有獨特的潤濕性，提升了水滴收集效率，可以持續利用，并可大規模推廣和制備。

實現本發明目的的技術方案是：一種用于水霧收集的具有潤濕性梯度的尼龍網的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

A.噴涂法制備具有曲率梯度結構的尼龍網：首先，為了去除尼龍網表面的雜質，用乙醇，去離子水反復清洗；將聚甲基丙烯酸甲酯按質量分數6％-10％溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶劑中，在50℃攪拌1-1.5h，待聚合物溶解后，用微型噴霧器將PMMA溶液噴灑在尼龍網上；一次少量噴灑，放入烘箱干燥；反復多次噴灑并干燥后制得具有曲率梯度結構的尼龍網；

B.將過氧化氫溶液按體積分數25％-30％加入濃硫酸中制備食人魚溶液；將步驟A得到的尼龍網進一步浸入食人魚溶液中1-3s，蝕刻表面結構，然后立即用去離子水沖洗；反復沖洗尼龍網并用pH試紙檢測洗滌液呈中性后放入烘箱中干燥5-10min；

C.具有潤濕性梯度結構的尼龍網材料的水霧收集：取步驟B制備好的尼龍網，讓鑷子夾著保持與水平面垂直，放置在集霧口10cm處的地方，用于水收集實驗的霧水流速設置為30-110g/s/m²。