[发明专利]一种四元仿生雾水收集材料及其制备技术

说明书

本发明公开了一种四元仿生雾水收集材料，该材料通过化学刻蚀技术和静电纺丝方法制备。首先，配制氨碱溶液，将铜网浸于氨碱溶液中使其表面生成Cu(OH)₂微针，以具有Cu(OH)₂微针的铜网为接收基底，在其表面电纺一层串珠状疏水性静电纺丝膜，Cu(OH)₂微针和串珠状纳米纤维交叉互穿形成了兼具不对称微观结构和各向异性润湿性的四元仿生Janus材料。该材料多元仿生，微纳结构亲疏复合，比表面积高，制备工艺简便，且具有单向导水的功能，降低了水分的二次蒸发，同时可实现高效的集水和保水，为缓解淡水资源危机提供了新的思路，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种四元仿生雾水收集材料及其制备技术，属于雾水收集技术应用领域。

背景技术

淡水资源短缺已经成为一个严峻的全球性问题。现今，海水淡化、废水处理被视为回收淡水的有效方法，但这些方法成本高昂，不能广泛适用于发展中国家，且受限于地理环境。雾水收集是一种环保、低成本及可持续的缓解淡水稀缺的方法，它可以将空气中的隐性水资源转化为显性的可利用的水资源。

目前，集雾材料在应用中主要面临两大难题：其一，收集的液滴会使集雾材料发生网孔堵塞；其二，捕获液滴的二次挥发。受大自然生物启发，科研工作者研究仿生雾水收集结构，专注于独特的微/纳米结构设计，从而实现雾水收集。目前，关于仿生雾水收集结构的制备方法包括电化学法、光/机械光刻法、静电纺丝法等，都有其特定优点，但普遍存在制备工艺复杂、难以大规模制备等问题。

一定程度上而言，仿生材料的表面结构与化学组成对其集水效能起决定性作用。仅单一仿特殊结构生物的表面特征，所研制出的人工微纳米材料的集水效率并不理想。构建高效雾水收集表面的关键要素在于：(1)相对亲水且比表面积大的表面有利于液滴捕获；(2)相对疏水且光滑的集水表面有利于微型液滴的脱落；(3)分级的微纳米级通道或者锥形结构能够促进液滴运输；(4)降低表面水分的再蒸发速率有利于提高雾水收集量。如何巧妙地构建出具有上述要素的雾水收集装置成为目前当下亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于针对现有材料中存在的问题，提供一种工艺简单，能大规模制备的多元仿生雾水收集材料及其制备方法，构筑微纳亲疏复合Janus材料。微纳亲疏复合界面有利于加强雾气捕获，单向导水功能有利于降低水分的二次蒸发，实现高效的雾水收集。

本发明的技术方案是：

步骤一、清洗原始铜网；

步骤二、制备Cu(OH)₂微针铜网；

步骤三、制备Cu(OH)₂微针铜网和串珠状静电纺丝膜复合材料；

进一步的，步骤一中所述清洗原始铜网：将购得的200目铜网依次浸于无水乙醇、盐酸和去离子水中超声清洗30min，以去除油脂等杂质。

进一步的，步骤二中所述制备Cu(OH)₂微针铜网：将预清洗之后的铜网浸渍在氨碱液中，置于室温下反应一段时间，最后用去离子水洗净，真空干燥箱干燥。

进一步的，步骤一中所述化学刻蚀过程中所需氨碱液浓度为NaOH 2.5mol/L，(NH₄)₂S₂O₈0.05～0.13mol/L，反应时间为20～40min。

进一步的，步骤三中所述制备Cu(OH)₂微针铜网和串珠状静电纺丝膜复合材料，将PVC粉末溶于二甲基乙酰胺溶液(DMAc)中，配制质量浓度为9％～18％的静电纺丝液，60℃水浴条件下磁力搅拌4小时，以制备静电纺丝液。将铜网裹覆在静电纺丝机圆筒接收棍表面，接收距离为15cm，纺丝电压设置为18kV，接收棍转速为300r/min，流量设置为0.5mL/h，电纺10～30min使Cu(OH)₂微针结构能够穿透静电纺丝膜。