[发明专利]基于激光-热处理复合工艺的油水分离表面制备方法

说明书

本发明涉及油水分离表面制备技术领域，特别是涉及基于激光‑热处理复合工艺的油水分离表面制备方法。其包括以下步骤：步骤1)清洗基底：对金属泡沫基底进行超声清洗去除表面残留物，并去除清洗后的金属泡沫基底表面水分，得到洁净的金属泡沫基底；步骤2)激光加工处理：将清洗过的金属泡沫基底放置于紫外纳秒激光加工系统的样品台上，利用激光束在金属泡沫基底表面加工出微纳结构；步骤3)低温热处理：将步骤2)处理后的金属泡沫基底置于干燥箱内烘烤，表面展现出超疏水和超亲油的润湿特性，制得油水分离表面。本发明方法提高了油水分离表面的制备效率，降低了其制备成本，同时保证对生物体和环境无毒害。

技术领域

本发明涉及油水分离表面制备技术领域，特别是涉及基于激光-热处理复合工艺的油水分离表面制备方法。

背景技术

近年来，海洋石油泄露事故频出，石油泄漏对海洋生态造成严重的危害。海洋石油泄漏事故是危害海洋生物安全、破坏海洋生态平衡的元凶之一，不仅污染海洋水体，造成海洋生态系统毁灭性破坏，而且对海洋气候环境造成恶劣影响，甚至危害人类的生存环境。除此之外，随着城市化规模的扩大，大量人口聚集排放的生活污水等都加剧了含油污水的环境问题，使得含油污水的处理备受关注。为了解决这些问题，研究人员越来越重视油/水混合物分离方面的研究。

近年来，已有大量学者采用不同方法制备出具有超疏水超亲油特性的功能性表面以实现油水分离。这些方法包括：溶液刻蚀法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法、电化学刻蚀法、模板法、激光刻蚀法等。在上述油水分离表面的制备方法中，溶液刻蚀法难以精准掌控腐蚀时长对材料性能的改变，且无法在耐腐蚀性较强的材料表面制备超疏水超亲油层；溶胶凝胶法与化学气相沉积法制备的疏水亲油层与基体材料表面结合效果较差，使用范围受限制；电化学刻蚀法制备的疏水亲油层耐久性较差，难以长时间维持超疏水超亲油状态；利用模板法制备的超疏水超亲油表面易刮蚀，受到猛烈撞击时易脱落。相比之下，激光刻蚀法操作简单可靠，仅通过各项工艺参数的调整，就可以在几乎任何材料表面上精准构建多级微纳米结构。使用激光刻蚀法制备的油水分离表面因其具有持久稳定等优点，被广泛应用于工业、航天、船舶等各领域的生产中。

然而，目前利用激光制备油水分离表面的相关工艺仍存在一些问题，主要包括：1)目前使用激光器的多为飞秒激光器和皮秒激光器，仪器价格高昂，难以用于大规模生产；2)由于大部分激光表面处理工艺需要使用小光斑和多次重复扫描，并且制备表面还需要静置数天使表面疏水基团沉积实现超疏水超亲油特性，整体制备效率偏低；3)使用的金属泡沫基底多为钛等，价格昂贵。

综上所述，研发一种高效率、低成本且无污染的油水分离表面制备工艺成为当务之亟。

发明内容

本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出基于激光-热处理复合工艺的油水分离表面制备方法，以解决制备过程复杂、价格昂贵及存在污染等问题。

本发明的技术方案，基于激光-热处理复合工艺的油水分离表面制备方法，包括以下具体步骤：

S1、清洗基底：对金属泡沫基底进行超声清洗去除表面残留物，并去除清洗后的金属泡沫基底表面水分，得到洁净的金属泡沫基底；

S2、激光加工处理：将S1中清洗过的金属泡沫基底放置于紫外纳秒激光加工系统的样品台上，利用激光束在金属泡沫基底表面加工出微纳结构；

S3、热处理：将S2中处理后的金属泡沫基底置于干燥箱内烘烤，制得油水分离表面。

优选的，金属泡沫基底为泡沫铜。

优选的，S1中对金属泡沫基底的清洗过程包括：

将金属泡沫基底依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中分别进行超声清洗5～10min。

优选的，S1中对清洗后的金属泡沫基底用氮气流吹干或室温自然晾干。