專利名稱：一種仿生淡水采集纖維的制備方法及其應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學仿生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種仿生淡水采集纖維的制備方法及其應用。
背景技術(shù)：
目前，水資源匱乏已成為世界性問題，其將嚴重影響國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和國家生態(tài)安全，且對人類的生存構(gòu)成了極大的威脅。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的數(shù)據(jù)，全球干旱地區(qū)的面積約占陸地總面積的41%。而在我國，干旱地區(qū)的面積也達到了 2.5X106km2，約占國土面積的1/4。并且，隨著全球變暖所引起的氣候異常，水資源匱乏的問題在有的地方也愈演愈烈。此外，有的沿海地區(qū)也因為面臨淡水資源匱乏的局面，不得不耗費大量的能源進行海水淡化。然而與此同時，人們卻注意到，即使是極度缺水的地區(qū)，在霧氣中也含有大量的水份。因此，如果能夠充分利用霧氣中的水份，使其在某種條件下凝結(jié)并收集就有望在很大程度上解決水資源匱乏的問題。自然界中的生物經(jīng)過長期的進化過程獲得了在極度缺水環(huán)境中生存的本領(lǐng)。仿生制備低能耗、高效率、環(huán)境友好的新型集水材料有望成為解決水資源匱乏問題的新途徑。傳統(tǒng)的集水材料一般是親水的織物或者導熱性質(zhì)好的金屬。例如，秘魯政府為開發(fā)霧水資源， 在該國西臨太平洋的多霧地區(qū)設(shè)立了兩個霧水收集站。霧水收集器用尼龍網(wǎng)制成，尼龍網(wǎng)支架下用一個大鐵盤收集。其霧水收集量換算成降雨量分別是四6. 8毫米和165. 1毫米。 西班牙科學家還發(fā)明了一種由聚氨基甲酸乙酯制成的人造樹，這種酚泡沫塑料吸水性能非常強，與霧的接觸面積又很大，散熱很快，因而能夠凝聚大量的水份。我國許多生活在多霧氣候地區(qū)的居民也已經(jīng)開始用類似的傳統(tǒng)集水材料從霧氣中收集淡水。盡管如此，這些方法集水效率都有待提高，目前，還無法滿足缺水地區(qū)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中集水效率不高，無法滿足廣大缺水地區(qū)對水的需要，且成本高、不環(huán)保的缺陷，本發(fā)明提出一種仿生淡水采集纖維的制備方法及其應用，可以高效的收集空氣中的微小水滴而使之成為淡水，并可以除霧的仿生集水纖維。本發(fā)明提出的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，具體包括以下幾個步驟步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維平均直徑優(yōu)選5 100 μ m，用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為5 9%的聚合物溶液。將聚合物添加至溶劑中，攪拌Mh以上，得到澄清透明聚合物溶液，所述的溶劑為 N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氫呋喃；所述的聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)
將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s以上，以150 200mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min以上，得到具有突起節(jié)的纖維。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在納米溶液中，浸泡時間為30s以上，然后進行慢速提拉，提拉速度小于等于50mm/min，在室溫下干燥IOmin以上，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。所述的納米溶液具體為納米材料溶于有機溶劑并超聲30min以上所形成的納米溶液，質(zhì)量分數(shù)為10%以上。納米材料優(yōu)選為納米球、納米棒、納米顆粒或納米管。所述的有機溶劑優(yōu)選丙酮、四氫呋喃、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-二甲基乙酰胺(DMA)。應用本發(fā)明提出的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，用于編織成仿生淡水采集纖維網(wǎng)，網(wǎng)格面積優(yōu)選為0. 25 Icm2，該仿生淡水采集纖維網(wǎng)在90%濕度下收集水滴時， 水滴會在纖維上相鄰突起節(jié)之間進行聚集，當水滴聚集到足夠大時，在重力作用下，自動掉落，可采用收集器收集水滴。本發(fā)明具有的優(yōu)點在于1、本發(fā)明提供的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，過程簡單，可操作性強，對環(huán)境無任何傷害；2、本發(fā)明提供的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，所使用的聚合物具有良好的戶外穩(wěn)定性，不易降解，耐用，可延長使用年限；3、本發(fā)明提供的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，制備得到的纖維表面的突起節(jié)均勻可控，其表面具有更微觀的突起或微孔，增加了空氣水滴的碰撞幾率和鋪展速度，使得集水的效率得以提高；4、本發(fā)明提供的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，利用該制備方法制備得到的纖維網(wǎng)，提供了較大濕度下的集水量、耐久性和經(jīng)濟性。因此宜用于在濱海沙漠、海島、遠洋船只和多霧山區(qū)等，收集空氣中的水滴成為可使用的淡水，以及機場、高速公路、燈塔等周圍的濃霧驅(qū)散和消散，其收集淡水的成本遠低于海水淡化的成本。


圖1 本發(fā)明提供的仿生淡水采集纖維制備方法的流程圖；圖2-A 本發(fā)明提供的仿生淡水采集纖維在光學顯微鏡下的突起節(jié)纖維結(jié)構(gòu)圖；圖2-B 本發(fā)明提供的仿生淡水采集纖維的光學顯微鏡下的突起節(jié)纖維結(jié)構(gòu)放大圖；圖2-C 本發(fā)明提供的仿生淡水采集纖維的光學顯微鏡下的突起節(jié)末端表面微孔結(jié)構(gòu)圖；圖2-D 本發(fā)明提供的仿生淡水采集纖維的光學顯微鏡下的突起節(jié)中間表面微孔結(jié)構(gòu)圖；圖3 本發(fā)明提供的仿生淡水采集纖維突起節(jié)中間表面微凸掃描電鏡圖；圖4 本發(fā)明提供的仿生淡水采集纖維網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明提出的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，如圖1所示，具體包括以下幾個步驟步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維平均直徑優(yōu)選為5 ΙΟΟμπι，用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(優(yōu)選為 DipMaster 50型)上。所述的纖維為合成纖維、人造纖維、天然纖維或無機高分子纖維。選擇合成纖維時，優(yōu)選為尼龍纖維，選擇人造纖維時，優(yōu)選銅氨纖維，選擇天然纖維時，優(yōu)選蠶絲纖維，選擇無機高分子纖維時，優(yōu)選碳纖維。當優(yōu)選為尼龍纖維時，尼龍纖維平均直徑優(yōu)選為15 30 μ m，進一步優(yōu)選為18 μ m;當優(yōu)選為銅氨纖維時，銅氨纖維的平均直徑優(yōu)選為 30 100 μ m，進一步優(yōu)選75 μ m;當優(yōu)選為蠶絲纖維時，蠶絲纖維的平均直徑優(yōu)選為15 25 μ m,進一步優(yōu)選為20 μ m,當優(yōu)選為碳纖維時，碳纖維的平均直徑優(yōu)選為5 10 μ m，進一步優(yōu)選為8 μ m。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為5 9%的聚合物溶液。將聚合物添加至有機溶劑中，攪拌Mh以上，得到澄清透明聚合物溶液，所述的有機溶劑為N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氫呋喃；所述的聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。優(yōu)選的，在制備聚合物溶液中還含有揮發(fā)性溶劑(優(yōu)選為丙酮或乙醇)，揮發(fā)性溶劑的質(zhì)量分數(shù)滿足8 15%，優(yōu)選為10%。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s以上，以150 200mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥IOmin以上，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件優(yōu)選為濕度為40% 80%，溫度為20 30°C，再在干燥箱中干燥10 15min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在納米溶液中，浸泡時間為30s以上，然后進行慢速提拉，提拉速度小于等于50mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥IOmin以上，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。所述的納米溶液具體為納米材料溶于有機溶劑并超聲30min以上所形成的納米溶液，質(zhì)量分數(shù)為10%以上，納米材料為納米球、納米棒、納米顆?；蚣{米管，優(yōu)選為碳納米棒、TiO2納米棒、SiO2納米顆粒、ZnO納米管。所述的有機溶劑優(yōu)選丙酮、四氫呋喃、乙醇、N， N-二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-二甲基乙酰胺(DMA)。利用本發(fā)明提出的方法制備的仿生淡水采集纖維的突起節(jié)的高度為30 140 μ m,突起節(jié)的長度為150 250 μ m，如圖2-A和2-B。該仿生淡水采集纖維的突起節(jié)的表面為微納米結(jié)構(gòu)，當在聚合物溶液中加入8 15%的揮發(fā)性溶劑，表面呈孔狀結(jié)構(gòu)，如圖 2-C和2-D，當未在聚合物溶液中加入揮發(fā)性溶劑時，表面呈微凸結(jié)構(gòu)，如圖3所示。應用本發(fā)明提出的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，用于編織成仿生淡水采集纖維網(wǎng)，如圖4。具體方法為將制備得到的多條仿生淡水采集纖維進行編織成網(wǎng)，網(wǎng)格面積優(yōu)選為0. 25 Icm2，該仿生淡水采集纖維網(wǎng)在95%濕度下收集水滴時，水滴會在纖維上相鄰突起節(jié)之間進行聚集，當水滴聚集到足夠大時，在重力作用下，自動掉落，可采用收集器收集水滴。利用本發(fā)明提供的一種仿生淡水采集纖維的制備方法制備得到的仿生淡水采集纖維，可用于收集霧水滴或驅(qū)散濃霧。其具有高效集水或驅(qū)散濃霧的功能，能夠增大空氣中的水滴在突起節(jié)纖維表面聚集，同時減少空氣中的水分，從而提高空氣的能見度。在適合的空氣濕度和溫度下，水汽大量聚集在纖維突起節(jié)點之間，然后慢慢長大形成較大的水滴，當水滴足夠大時，水滴受重力作用落下，匯集成為可使用的淡水。本發(fā)明提供的仿生淡水采集纖維制備方法的步驟三中，突起節(jié)的高度長度受到聚合物濃度和提拉速度的影響。聚合物溶液濃度越大，提拉速度越大，突起節(jié)的高度和長度越大，聚合物濃度和提拉速度太大，突起節(jié)不對稱；聚合物濃度越低，提拉速度越小，突起節(jié)的高度和長度越小，聚合物濃度和提拉速度過低，不會形成突起節(jié)結(jié)構(gòu)。實施例1 步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑15 μ m的尼龍纖維， 用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機-DipMaster 50型上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為5%的聚合物溶液將5重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于95重量份N，N- 二甲基甲酰胺DMF溶劑中，攪拌24h令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以150mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為40%，溫度為20°C，再在干燥箱中干燥lOmin。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將10重量份的碳納米棒溶于90重量份的丙酮，超聲30min，形成質(zhì)量分數(shù)為10% 的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在碳納米管溶液中，浸泡時間為30s，進行慢速提拉，提拉速度為50mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥lOmin，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例2 步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑5 μ m的碳纖維，用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50 型)上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為7%的聚合物溶液將7重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于93重量份N，N- 二甲基甲酰胺DMF溶劑中，攪拌M小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為40s，以175mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為50%，溫度為25°C，再在干燥箱中干燥12min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將12重量份的SW2納米顆粒溶于88重量份的丙酮，超聲40min，形成質(zhì)量分數(shù)為12%的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在碳納米管溶液中，浸泡時間為 40s，進行慢速提拉，提拉速度為40mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥15min，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例3 步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑15 μ m的蠶絲纖維， 用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50型)上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為9%的聚合物溶液將9重量份聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶解于91重量份N，N- 二甲基乙酰胺DMA溶劑中，攪拌M小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以200mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為70%，溫度為25°C，再在干燥箱中干燥15min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將15重量份的ZnO納米管溶于85重量份的乙醇，超聲45min，形成質(zhì)量分數(shù)為 15%的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在碳納米管溶液中，浸泡時間為 30s，進行慢速提拉，提拉速度為30mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥15min，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例4 步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑20 μ m的蠶絲纖維， 用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50型)上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為9%的聚合物溶液將9重量份聚四氟乙烯PTFE溶解于91重量份四氫呋喃溶劑中，攪拌M小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以160mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為80%，溫度為30°C，再在干燥箱中干燥15min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將10重量份的碳納米棒溶于90重量份的N，N-二甲基甲酰胺DMF，超聲45min，得到質(zhì)量分數(shù)為10%的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在碳納米棒溶液中，浸泡時間為30s，進行慢速提拉，提拉速度為20mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥15min， 得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例5 步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑30 μ m的尼龍纖維， 用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50型)上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為7%的聚合物溶液將7重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于85重量份四氫呋喃和8重量份的丙酮溶劑中， 攪拌M小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以180mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為80%，溫度為30°C，再在干燥箱中干燥20min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將10重量份的TW2納米棒溶于90重量份的N，N- 二甲基乙酰胺DMA，超聲45min， 得到質(zhì)量分數(shù)為10%的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在TiO2納米棒溶液中，浸泡時間為30s，進行慢速提拉，提拉速度為lOmm/min，提拉完成后，在室溫下干燥 20min，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例6 步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑8 μ m的碳纖維，用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50 型)上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為7%的聚合物溶液將7重量份聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶解于78重量份四氫呋喃和15重量份的丙酮溶劑中，攪拌M小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以190mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為70%，溫度為30°C，再在干燥箱中干燥20min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將10重量份的TW2納米棒溶于90重量份的四氫呋喃中，超聲45min，得到質(zhì)量分數(shù)為10%的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在TiO2納米棒溶液中，浸泡時間為30s，進行慢速提拉，提拉速度為Smm/min，提拉完成后，在室溫下干燥20min，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例7 步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑25 μ m的蠶絲纖維，用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50型)上。步驟二 聚合物溶液的制備將8重量份PTFE溶解于82重量份四氫呋喃和10重量份的丙酮溶劑中，攪拌M 小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以200mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為70%，溫度為25°C，再在干燥箱中干燥20min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將15重量份的TW2納米棒溶于85重量份的乙醇中，超聲45min，得到質(zhì)量分數(shù)為 15%的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒TiO2納米棒在溶液中，浸泡時間為 30s,進行慢速提拉，提拉速度為15mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥20min，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例8 步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑18 μ m的尼龍纖維， 用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50型)上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為7%的聚合物溶液將7重量份聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶解于78重量份四氫呋喃和15重量份的丙酮溶劑中，攪拌M小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以190mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為70%，溫度為30°C，再在干燥箱中干燥20min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將10重量份的TW2納米棒溶于90重量份的四氫呋喃中，超聲45min，得到質(zhì)量分數(shù)為10%的納米溶液。。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在TiO2納米棒溶液中，浸泡時間為30s，進行慢速提拉，提拉速度為Smm/min，提拉完成后，在室溫下干燥20min，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例9 步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑30 μ m的銅氨纖維， 用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50型)上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為9%的聚合物溶液將9重量份聚四氟乙烯PTFE溶解于91重量份四氫呋喃溶劑中，攪拌M小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以160mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為80%，溫度為30°C，再在干燥箱中干燥15min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將10重量份的碳納米棒溶于90重量份的N，N-二甲基甲酰胺DMF，超聲45min，得到質(zhì)量分數(shù)為10%的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在碳納米棒溶液中， 浸泡時間為30s，進行慢速提拉，提拉速度為20mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥15min， 得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例10步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑100 μ m的銅氨纖維， 用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機-DipMaster 50型上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為5%的聚合物溶液將5重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于95重量份N，N- 二甲基甲酰胺DMF溶劑中，攪拌24h令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以150mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為40%，溫度為20°C，再在干燥箱中干燥lOmin。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將10重量份的碳納米棒溶于90重量份的丙酮，超聲30min，形成質(zhì)量分數(shù)為10% 的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在碳納米管溶液中，浸泡時間為30s，進行慢速提拉，提拉速度為50mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥lOmin，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例11步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑75 μ m的銅氨纖維， 用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50型)上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為7%的聚合物溶液將7重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于93重量份N，N- 二甲基甲酰胺DMF溶劑中，攪拌M小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為40s，以175mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為50%，溫度為25°C，再在干燥箱中干燥12min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)
將12重量份的SW2納米顆粒溶于88重量份的丙酮，超聲40min，形成質(zhì)量分數(shù)為12%的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在碳納米管溶液中，浸泡時間為 40s，進行慢速提拉，提拉速度為40mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥15min，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例12步驟一纖維的固定利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，纖維選用平均直徑10 μ m的碳纖維，用丙酮清洗纖維表面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(DipMaster 50 型)上。步驟二 制備質(zhì)量分數(shù)為9%的聚合物溶液將9重量份聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶解于91重量份N，N- 二甲基乙酰胺DMA溶劑中，攪拌M小時令其變成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。步驟三提拉產(chǎn)生突起節(jié)將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時間為30s，以200mm/min的速度進行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥20min，得到具有突起節(jié)的纖維。干燥條件為濕度為70%，溫度為25°C，再在干燥箱中干燥15min。步驟四提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu)將15重量份的ZnO納米管溶于85重量份的乙醇，超聲45min，形成質(zhì)量分數(shù)為 15%的納米溶液。將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在碳納米管溶液中，浸泡時間為 30s，進行慢速提拉，提拉速度為30mm/min，提拉完成后，在室溫下干燥15min，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。實施例13本實施例將實施例1中制備得到的增加突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的尼龍纖維編織成仿生淡水采集纖維網(wǎng)，如圖示4所示，編織成4 X 4的網(wǎng)，每根纖維長5cm，網(wǎng)的小格面積為Icm2左右。并采用用普通尼龍纖維制備大小相同的纖維網(wǎng)進行對比，將該普通的尼龍纖維制備的纖維網(wǎng)與本實施例中的仿生淡水采集纖維網(wǎng)同時放在95%濕度條件下收集水滴，水滴會在兩個突起節(jié)之間聚集，當水滴漲到足夠大時，在重力作用下，自動掉落，可用收集器收集水滴。本實施例中的仿生淡水采集纖維網(wǎng)的總面積為25cm2，在90min內(nèi)收集水的量為 0. 0623g，而普通纖維編織的同樣大小的網(wǎng)在90min內(nèi)收集水的量為0. 0039g，說明本實施例中制備的仿生淡水采集纖維網(wǎng)具有比較高的集水效果。實施例14本實施例將實施例8中制備得到的增加突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的尼龍纖維編織成仿生淡水采集纖維網(wǎng)，編織成6X6的網(wǎng)，每根纖維長5cm，網(wǎng)的小格面積為 0. 25cm2左右。并采用用普通尼龍纖維制備大小相同的纖維網(wǎng)進行對比，將該普通的尼龍纖維制備的纖維網(wǎng)與本實施例中的仿生淡水采集纖維網(wǎng)同時放在95%濕度條件下收集水滴， 水滴會在兩個突起節(jié)之間聚集，當水滴漲到足夠大時，在重力作用下，自動掉落，可用收集器收集水滴。本實施例中的放生淡水采集纖維網(wǎng)的總面積為25cm2，在90min內(nèi)收集水的量為0. 0948g，而普通纖維編織的同樣大小的網(wǎng)在90min內(nèi)收集水的量為0. 0039g，說明本實施例中制備的仿生淡水采集纖維網(wǎng)具有比較高的集水效果。
權(quán)利要求
1.一種仿生淡水采集纖維的制備方法，其特征在于包括以下幾個步驟步驟一利用膠體將纖維兩端水平固定在支架上，將支架固定在提拉涂膜機；步驟二 將聚合物添加至有機溶劑中，攪拌Mh以上，得到制備質(zhì)量分數(shù)為5 9%的聚合物溶液；步驟三將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，然后以150 200mm/min的速度進行提拉，提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進行干燥，得到具有突起節(jié)的纖維；步驟四將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒在納米溶液中，然后以小于等于50mm/ min的速度進行提拉，提拉完成后，干燥，得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟一中的纖維平均直徑為5 100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟一中的纖維為合成纖維、人造纖維、天然纖維或無機高分子纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟二中的有機溶劑為N，N- 二甲基乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺或四氫呋喃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟二中的聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟二中的聚合物溶液含有質(zhì)量分數(shù)為8 15%揮發(fā)性溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，其特征在于所述的揮發(fā)性溶劑為丙酮或乙醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟四中的納米溶液為有機溶劑中含有質(zhì)量分數(shù)為10%的納米材料，并超聲30min以上，形成的溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種仿生淡水采集纖維的制備方法，其特征在于所述的納米材料為納米球、納米棒、納米顆?；蚣{米管。
10.一種應用權(quán)利要求1所述的仿生淡水采集纖維的制備方法編織仿生淡水采集纖維網(wǎng)，其特征在于將制備得到的仿生淡水采集纖維應用于編織仿生淡水采集纖維網(wǎng)，纖維網(wǎng)的網(wǎng)格面積為0. 25 1cm2。
全文摘要
本發(fā)明提出一種仿生淡水采集纖維的制備方法及其應用，具體包括步驟一纖維的固定；步驟二制備質(zhì)量分數(shù)為5～9％的聚合物溶液；步驟三進行提拉，產(chǎn)生突起節(jié)；步驟四浸沒在納米溶液，再進行提拉，得到具有微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。本發(fā)明提出的仿生淡水采集纖維的制備方法過程簡單，可操作性強，對環(huán)境無任何傷害；制備得到的纖維表面的突起節(jié)均勻可控，其表面具有更微觀的突起或微孔，增加了空氣水滴的碰撞幾率和鋪展速度，使得集水的效率得以提高。
文檔編號D06M15/256GK102162191SQ20111012218
公開日2011年8月24日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者江雷, 鄭詠梅, 陳媛 申請人:北京航空航天大學