205 / 2021-06-04 08:59:37

3D打印自适应超双疏钛基多孔材料的可切换油/水乳液分离机理研究

     具有灵敏润湿性的智能表面，在可切换油水分离方面受到了广泛关注。然而，灵敏润湿性的智能表面制备过程繁琐，稳定性较差，还依赖于持续的外部刺激，如pH值、电场或光照射等条件限制了其广泛应用。本文以纯钛粉末为原料，采用先进的选区激光熔覆(SLM)技术打印出了具有油下超疏水和水下超疏油性的三维多孔结构(SLM-3DTi)，用于可切换分离含表面活性剂的稳定油水乳液；并通过计算流体动力学(CFDs)模拟研究了其分离机理。基于固-油-水系统的亚稳态理论，在计算机程序的辅助下，适合乳液分离的多孔结构和其表面理想的地形结构可以很容易地设计和一次性打印出来。在没有任何持续的外部刺激的情况下，只需交替干燥和洗涤，SLM-3DTi润湿性就可以在水下超疏油和油下超疏水之间进行可逆切换。SLM-3DTi可进行多次可切换的油水分离，而且分离效率高达99.8%，通量在2000 L/m²h以上。此外，SLM-3DTi表面的粗糙结构是由钛粉在激光下融化后在凝固形成的，具有极强的机械稳定性，这种连接方式比任何一种粘结剂都要强。更重要的是，由于钛的材料特性使得SLM-3DTi具有优异的耐腐蚀性。另外，基于仿真建模的可视化分析，进一步揭示了SLM-3DTi乳液分离机理。因此，SLM-3DTi在可切换的油水乳液分离中具有广阔的实际应用前景，而且仿真模拟为油水乳状液分离的机理分析提供了一个新的视角。具有灵敏润湿性的智能表面，在可切换油水分离方面受到了广泛关注。然而，灵敏润湿性的智能表面制备过程繁琐，稳定性较差，还依赖于持续的外部刺激，如pH值、电场或光照射等条件限制了其广泛应用。本文以纯钛粉末为原料，采用先进的选区激光熔覆(SLM)技术打印出了具有油下超疏水和水下超疏油性的三维多孔结构(SLM-3DTi)，用于可切换分离含表面活性剂的稳定油水乳液；并通过计算流体动力学(CFDs)模拟研究了其分离机理。基于固-油-水系统的亚稳态理论，在计算机程序的辅助下，适合乳液分离的多孔结构和其表面理想的地形结构可以很容易地设计和一次性打印出来。在没有任何持续的外部刺激的情况下，只需交替干燥和洗涤，SLM-3DTi润湿性就可以在水下超疏油和油下超疏水之间进行可逆切换。SLM-3DTi可进行多次可切换的油水分离，而且分离效率高达99.8%，通量在2000 L/m²h以上。此外，SLM-3DTi表面的粗糙结构是由钛粉在激光下融化后在凝固形成的，具有极强的机械稳定性，这种连接方式比任何一种粘结剂都要强。更重要的是，由于钛的材料特性使得SLM-3DTi具有优异的耐腐蚀性。另外，基于仿真建模的可视化分析，进一步揭示了SLM-3DTi乳液分离机理。因此，SLM-3DTi在可切换的油水乳液分离中具有广阔的实际应用前景，而且仿真模拟为油水乳状液分离的机理分析提供了一个新的视角。

关键词: 超润湿；SLM；耐久性；乳液分离；CFD