一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法

本发明涉及膜材料制备，具体地，涉及一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法。

背景技术：

1、随着工业和经济的快速发展，石油、制药、冶金工业等含油废水排放急剧增加，外加海上溢油事故频发，严重影响了人类的正常生活和生态环境。为了应对以上问题，对油水混合物进行人工干预分离并实现水资源的回收利用是处理含油废水的一种有效手段。常用的处理油水混合物方法可分为物理、化学、生化三类，包括重力法、悬浮法、过滤法、沉淀法、离心法、原地燃烧、厌氧处理技术等。上述方法虽然能够进行油水分离，但是存在效率低、污染、设备昂贵，且无法灭除水中细菌、病毒等生物污染问题。近年来，“油水二极管”膜在油水分离方面展现其独特魅力而受到人们广泛关注，“油水二极管”膜是一种两侧呈现不同润湿性材料，即一面呈现亲水且疏油性，另一面呈现疏水且亲油性，当油水混合物在疏水一侧时，该膜可允许油通过而使水保留表面，即起到除油保水作用，而在亲水侧可允许水通过而使油保留表面，即起到除水保油作用，因此类似于半导体中的“二极管”效应。

2、涤纶布料作为一种普遍存在、价低、质软且有弹性的材料，被认为是制备“油水二极管”的超疏水材料基底的有效候选者之一。在织物上进行超疏水化制备一般分为两类方法：湿化学法、干物理法。湿化学法通常伴随溶液的挥发、废液处理以及环境污染等问题，而干物理法一般有化学气相沉积(cvd)、等离子体刻蚀加工、原子层沉积(ald)，这些方法大多存在设备复杂和制造过程繁琐等工艺问题。因此寻求一种简单、环保、价格低廉的方法来制备抗菌“油水二极管”膜具有迫切的应用需求。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法。该方法可在室温和大气压力下进行操作，通过雾化杯调节前驱体六甲基二硅氧烷的含量，可使得大气压等离子体射流在含前驱体射流和不含前驱体射流之间进行无缝转换，从而实现对基底涤纶布料的亲疏水可控调节。此外，通过在另一路雾化杯中放入纳米银分散液，并调节雾化杯中通入气体的流量，可使产生的大气压等离子体射流中含有杀毒消菌的纳米银粒子并沉积在基底涤纶纤维表面，从而在实现油水分离的同时起到杀毒消菌作用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法，具体步骤如下：

4、步骤一：取一块涤纶布料，先后经过无水乙醇、去离子水清洗5分钟，之后40°低温烘干备用；

5、步骤二：配置纳米银分散液，将纳米银粒子与去离子水以一定比例进行配置，并放入磁力搅拌器中搅拌至完全悬液态备用；

6、步骤三：取六甲基二硅氧烷至第一雾化杯中，取制备好的纳米银分散液至第二雾化杯中；

7、步骤四：设置步骤三中装有六甲基二硅氧烷的第一雾化杯中的气体通量为零，装有纳米银分散液的第二雾化杯中气体通量不为零，等离子体激发气体与氧气混合通路中通量不为零；

8、步骤五：将步骤一的预处理完毕的干净涤纶布料平放至三轴平台中心位置；

9、步骤六：按照步骤四设置，通入等离子体激发气体和氧气，获得大气压低温等离子体射流，同时射流中含有纳米银粒子，对步骤五中放置好的涤纶布料一面进行亲水化处理；

10、步骤七：上位机控制三轴平台按照设定路线，动态处理涤纶布料表面；

11、步骤八：步骤七完成后，将处理过后的涤纶布料翻面放置在三轴平台中心；

12、步骤九：设置步骤四中装有六甲基二硅氧烷的第一雾化杯中的气体通量不为零，装有纳米银分散液的第二雾化杯中气体通量不为零，等离子体激发气体与氧气混合通路中通量不为零；

13、步骤十：按照步骤九设置，通入等离子体激发气体和氧气，获得大气压低温等离子体射流，六甲基二硅氧烷在射流中分解、重组生成siox颗粒物质，同时射流中含有纳米银粒子，对步骤八中放置好的涤纶布料一面进行疏水化处理；

14、步骤十一：上位机控制三轴平台按照设定路线，动态处理涤纶布料表面。

15、进一步地，步骤一中涤纶布料长50mm，宽50mm，厚度0.4mm，实际应用中，如有必要，该尺寸可以根据需求进行修改。

16、进一步地，步骤六和步骤十中等离子体激发气体可选为氩气、氦气、氖气等惰性气体，不局限为一种激发气体。

17、进一步地，步骤六和步骤九中氧气流量设置为10～30sccm，等离子体激发气体与氧气混合通路流量设置为500～700sccm，六甲基二硅氧烷雾化杯中等离子体激发气体流量为500～800sccm，纳米银分散液雾化杯中等离子体激发气体流量为300～500sccm。

18、进一步地，为获得最佳射流强度，电源采用交流正弦电源，并利用脉冲调制器调制电源占空比，其具体参数范围为：电压10～13kv、频率4～5khz、占空比50～70％。

19、为获得较佳处理效果，步骤七和步骤十一中根据步骤一中涤纶布料大小，设定往复处理涤纶布料的路线为间隔5mm直线处理40mm，同时调节移动速度在1～4mm/s之间，步骤七中往返移动五次，步骤十一中往返移动十次，通过调节移动速度与往返次数，可以改变处理时间；最终制备出抗菌“油水二极管”膜。

20、本发明的有益效果：

21、本发明使用氩气/氦气等激发气体用作雾化杯的压力气体，液体在雾化杯中雾化之后可随等离子体激发气体到达等离子射流发生器中进行反应。控制前驱体雾化杯的通量，可使得等离子射流在纯射流与含前驱体射流之间转换，当通量为零时，可对涤纶布料亲水化处理，不为零时，可对涤纶布料疏水化处理。控制处理时间，可控制涤纶布料的亲疏水程度。控制压力气体在另一路纳米银分散液雾化杯中雾化通量，可使得涤纶布料纤维表面附着具有杀菌消毒的纳米银粒子。与传统的溶液浸泡或者喷涂法相比，该技术更加简单、效率更高、全程不涉及化学溶液对涤纶布料的直接使用，同时可以通过调节雾化杯中压力气体通量，实时调节涤纶布料亲疏水程度。因此，本发明操作简便、环境友好、全程干法、价低，可规模化制备，未来在医疗、海上溢油、油污水处理等领域将有很好的应用前景。

技术特征：

1.一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法，其特征在于，步骤一的具体操作为：取一块涤纶布料，先后经过无水乙醇、去离子水清洗5分钟，之后40°低温烘干备用。

3.根据权利要求1所述的一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法，其特征在于，步骤六和步骤十中等离子体激发气体为惰性气体。

4.根据权利要求1所述的一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法，其特征在于，步骤六和步骤九中氧气流量设置为10～30sccm，等离子体激发气体与氧气混合通路流量设置为500～700sccm，六甲基二硅氧烷雾化杯中等离子体激发气体流量为500～800sccm，纳米银分散液雾化杯中等离子体激发气体流量为300～500sccm。

5.根据权利要求1所述的一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法，其特征在于，电源采用交流正弦电源，并利用脉冲调制器调制电源占空比，其具体参数范围为：电压10～13kv、频率4～5khz、占空比50～70％。

6.根据权利要求1所述的一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法，其特征在于，步骤七和步骤十一中根据步骤一中涤纶布料大小，设定往复处理涤纶布料的路线为间隔5mm直线处理40mm，同时调节移动速度在1～4mm/s之间，步骤七中往返移动五次，步骤十一中往返移动十次，通过调节移动速度与往返次数，改变处理时间。

技术总结
本发明公开了一种大气压等离子体射流直接干法制备抗菌“油水二极管”膜的方法，属于膜材料制备技术领域。本发明使用氩气/氦气等激发气体用作雾化杯的压力气体，液体在雾化之后可随激发气体到达等离子射流发生器中进行反应。控制前驱体雾化杯的通量，可使得等离子射流在纯射流与沉积射流之间转换，当通量为零时，可对涤纶布料亲水化处理，不为零时，可对其疏水化处理。控制处理时间，可控制涤纶布料的亲疏水程度。控制压力气体在另一路纳米银分散液雾化杯中的雾化通量，可使得涤纶布料纤维表面附着具有杀菌消毒的纳米银粒子。本发明简单、效率高、全程不涉及化学溶液对涤纶布料的直接使用，在使膜具备抗菌性的同时能实时调节膜的亲疏水程度。

技术研发人员：王涛,王鑫,盛杰,李林茜,李晓昆,李蒙,饶思贤,时礼平
受保护的技术使用者：安徽工业大学芜湖技术创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10