本發(fā)明屬于化學(xué)仿生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有仿生蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備裝置及其制備工藝。

背景技術(shù)：

根據(jù)WHO的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，世界上僅有0.007％的水能夠直接供人類(lèi)消費(fèi)使用。缺水已經(jīng)成為許多地區(qū)人們生活的常態(tài)，人類(lèi)也在嘗試各種各樣的方法獲得可以使用的水資源。霧氣中含有大量的水，人類(lèi)生產(chǎn)生活中也產(chǎn)生大量的霧化水，例如火電廠，此外，大霧天氣也給人類(lèi)的生產(chǎn)生活帶來(lái)諸多麻煩，因此如何高效收集霧氣成為熱門(mén)課題。

傳統(tǒng)的集水材料一般是親水的織物或者導(dǎo)熱性質(zhì)好的金屬。例如，秘魯政府為開(kāi)發(fā)霧水資源，在該國(guó)西臨太平洋的多霧地區(qū)設(shè)立了兩個(gè)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(gè)大鐵盤(pán)收集，其霧水收集量換算成降雨量分別是296.8毫米和165.1毫米。西班牙科學(xué)家還發(fā)明聚氨基甲酸乙酯制成的人造樹(shù)，這種聚氨基甲酸乙酯吸水性能強(qiáng)，與霧氣的接觸面積大，散熱快，因而能夠凝聚大量的水分。但是上述方法的集水效率較低，不能滿足人類(lèi)生產(chǎn)生活所需。自然界中的生物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程獲得了在極度缺水環(huán)境中生存的本領(lǐng)。因此通過(guò)仿生制備低能耗、高效率、環(huán)境友好的集水材料有望成為解決水資源匱乏問(wèn)題的新途徑。我國(guó)許多生活在多霧氣候的地區(qū)的居民也早已開(kāi)始用類(lèi)似的傳統(tǒng)集水材料從霧氣中收集淡水。但現(xiàn)有集水技術(shù)存在著效率低、集水成本高、環(huán)境不友好、集水纖維生產(chǎn)效率低的缺陷，無(wú)法滿足廣大缺水地區(qū)對(duì)于水資源的迫切需求。

目前，經(jīng)過(guò)北京航空航天大學(xué)鄭詠梅教授課題組的努力探索，在仿生集水方向已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)集水纖維的工業(yè)化生產(chǎn)，該纖維在簡(jiǎn)單編網(wǎng)后能夠在不降低氣流壓降的前提下實(shí)現(xiàn)單程6％的集水性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)Rachel網(wǎng)面單程2％的集水率，但是存在機(jī)械化編網(wǎng)破壞異質(zhì)結(jié)構(gòu)的仿生集水纖維問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中需要連續(xù)化、工業(yè)化制備集水網(wǎng)面的問(wèn)題仍然存在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有仿生蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備裝置及其工藝，所述的連續(xù)化制備裝置包括：推入式定位臺(tái)、運(yùn)輸導(dǎo)軌、高壓噴涂室、干燥室、一級(jí)原料罐、二級(jí)原料罐、清洗原液罐和空氣壓縮泵；所述的推入式定位臺(tái)位于運(yùn)輸導(dǎo)軌上，推入式定位臺(tái)固定要待噴涂網(wǎng)面，在所述的連續(xù)化制備過(guò)程中，推入式定位臺(tái)攜帶著待噴涂網(wǎng)面，沿運(yùn)輸導(dǎo)軌，依次經(jīng)過(guò)高壓噴涂室和干燥室，實(shí)現(xiàn)對(duì)具有仿生蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備；所述的一級(jí)原料罐出口、清洗原液罐出口分別與二級(jí)原料罐入口之間通過(guò)管路連接，二級(jí)原料罐的出口與高壓噴涂室的高壓噴頭之間管路連接，為高壓噴頭提供噴涂原料；所述空氣壓縮泵放置于空氣壓縮車(chē)間，空氣壓縮泵與高壓噴頭之間管路連接，負(fù)責(zé)為高壓噴頭提供穩(wěn)定的噴涂壓力。

本發(fā)明還提供一種具有仿生蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備工藝，包括如下步驟：

第一步，分別取兩份DMF倒入一級(jí)原料罐與清洗原液罐中，之后向一級(jí)原料罐加入PVDF粉末，啟動(dòng)多級(jí)槳葉攪拌器A攪拌10h～14溶解，之后加入納米TiO₂粉末攪拌2～3h，形成均勻的懸濁液，打開(kāi)一級(jí)原料罐出口的閥門(mén)A將懸濁液引入二級(jí)原料罐，啟動(dòng)多級(jí)槳葉攪拌器B攪拌均勻，待用；

打開(kāi)空氣壓縮泵，調(diào)整至工作壓力60MPa，待用；

打開(kāi)熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)，控制干燥室的腔室內(nèi)的氣流流速為0.5m/s，控制熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)出口氣體溫度至65℃，并利用熱風(fēng)流預(yù)熱腔室至與氣流溫度一致；

第二步，啟動(dòng)運(yùn)輸導(dǎo)軌，控制運(yùn)輸速度至0.15～0.2m/s，將待噴涂網(wǎng)面固定于推入式定位臺(tái)，啟動(dòng)推入式定位臺(tái)的推入電機(jī)將網(wǎng)框推入運(yùn)輸導(dǎo)軌；

第三步，打開(kāi)閥門(mén)C，將懸濁液引入高壓噴頭；當(dāng)待噴涂網(wǎng)面進(jìn)入殼體內(nèi)部時(shí)，殼體入口的紅外發(fā)射識(shí)別裝置發(fā)射的紅外信號(hào)被網(wǎng)框阻斷，高壓噴頭自動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)始工作，對(duì)待噴涂網(wǎng)面進(jìn)行完整的噴涂；當(dāng)噴涂結(jié)束并且推入式定位臺(tái)離開(kāi)殼體后，高壓噴頭停止工作；未附著到待噴涂網(wǎng)面上的原液霧滴進(jìn)入廢液回收器中；

第四步，推入式定位臺(tái)離開(kāi)殼體之后由運(yùn)輸導(dǎo)軌轉(zhuǎn)移至干燥室；此時(shí)運(yùn)輸導(dǎo)軌的速度降低為0.1m/s；

第五步，在網(wǎng)面完全離開(kāi)干燥室后，裁剪取下，得到仿生集水網(wǎng)面成品；

第六步，清洗處理；

關(guān)閉閥門(mén)A，打開(kāi)閥門(mén)B，將清洗原液罐內(nèi)的清洗液導(dǎo)入二級(jí)原料罐中并注滿，然后關(guān)閉閥門(mén)B，打開(kāi)高壓噴頭，并使其處于工作狀態(tài)，將二級(jí)原料罐內(nèi)的所有清洗液噴完，重復(fù)5遍。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.本發(fā)明采用分段式網(wǎng)面運(yùn)輸導(dǎo)軌，可以分段控制網(wǎng)面運(yùn)輸速度，降低導(dǎo)軌故障率的同時(shí)，便于導(dǎo)軌故障維修，在出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)可以直接更換相應(yīng)工塊，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率。

2.本發(fā)明采用推入式定位臺(tái)，保證網(wǎng)框高效準(zhǔn)確的進(jìn)入生產(chǎn)線。

3.本發(fā)明采用組合式原料罐，由于噴涂法的噴涂原液為含有納米3wt.％TiO₂的10wt.％PVDF+DMF的固體懸濁液，因此需要不斷攪拌從而保證懸濁液均勻，使用組合式原料罐是防止由于管道過(guò)長(zhǎng)引起的懸濁液沉降，并使得噴涂設(shè)備便于完成工作后進(jìn)行清理。

4.本發(fā)明采用可拆卸式并排高壓噴頭，利于快速更換故障噴頭保證整套設(shè)備的高效運(yùn)行。并采用大儲(chǔ)氣罐，保證噴涂工藝中噴涂壓力的穩(wěn)定輸出。

5.本發(fā)明在高壓噴涂室設(shè)置有廢液回收器，廢液回收器中有鋼棒陣列，加大氣固接觸面，提高微液滴的碰撞概率，使得廢液回收更為高效，有效保護(hù)工作環(huán)境。

6.本發(fā)明在干燥工作區(qū)裝備有熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)，配置高效導(dǎo)流通道，進(jìn)而快速更新干燥室內(nèi)的空氣，提高傳質(zhì)推動(dòng)力進(jìn)而加快噴涂后網(wǎng)面的干燥速率。

7.本發(fā)明提供的仿生集水網(wǎng)面的制備裝置，可以連續(xù)化、工業(yè)化生產(chǎn)仿生集水網(wǎng)面，結(jié)合工業(yè)化的仿生集水纖維能夠達(dá)到高效收集空氣中的微小液滴成為日常生活可用的淡水資源的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中仿生集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中一級(jí)原料罐、清洗原液罐與二級(jí)原料罐之間的連接關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明中運(yùn)輸導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中高壓噴涂室結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中干燥室工作區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1.推入式定位臺(tái)； 2.運(yùn)輸導(dǎo)軌； 3.高壓噴涂室； 4.干燥室；

5.一級(jí)原料罐； 6.二級(jí)原料罐； 7.清洗原液罐； 8.空氣壓縮泵；

201.牽引件； 202.軸承； 203.傳送帶；

301.殼體； 302.高壓噴頭； 303.擾流棒； 304.紅外發(fā)射識(shí)別裝置；

305.廢液回收器； 401.腔室； 402.熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)；

501.閥門(mén)A； 601.閥門(mén)C； 701.閥門(mén)B； 502.多級(jí)槳葉攪拌器A；

602.多級(jí)槳葉攪拌器B。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明首先提供的一種具有仿生蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備裝置，如圖1所示，所示的裝置包括：推入式定位臺(tái)1、運(yùn)輸導(dǎo)軌2、高壓噴涂室3、干燥室4、一級(jí)原料罐5、二級(jí)原料罐6、清洗原液罐7和空氣壓縮泵8。所述的推入式定位臺(tái)1位于運(yùn)輸導(dǎo)軌2上，推入式定位臺(tái)1固定要待噴涂網(wǎng)面，在所述的連續(xù)化制備過(guò)程中，推入式定位臺(tái)1攜帶著待噴涂網(wǎng)面，沿運(yùn)輸導(dǎo)軌2，依次經(jīng)過(guò)高壓噴涂室3和干燥室4，實(shí)現(xiàn)對(duì)具有仿生蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備。

如圖1和圖2所示，所述的一級(jí)原料罐5出口、清洗原液罐7出口分別與二級(jí)原料罐6入口之間通過(guò)管路連接，二級(jí)原料罐6的出口與高壓噴頭之間管路連接，為高壓噴頭提供噴涂原料。在所述的一級(jí)原料罐5出口設(shè)置有閥門(mén)A501，用于控制一級(jí)原料罐5中的原料流量；在所述的清洗原液罐7出口設(shè)置有閥門(mén)B701，用于控制清洗原液罐7內(nèi)的清洗原液流量；在所述的二級(jí)原料罐6出口設(shè)置有閥門(mén)C601，用于控制二級(jí)原料罐6內(nèi)的原料流量。

如圖2所示，在所述的一級(jí)原料罐5內(nèi)設(shè)置有多級(jí)槳葉攪拌器A502，在所述的二級(jí)原料罐6內(nèi)設(shè)置有多級(jí)槳葉攪拌器B602，分別用于攪拌所述一級(jí)原料罐5和二級(jí)原料罐6內(nèi)的原料，使其原料混合均勻。

所述空氣壓縮泵8放置于空氣壓縮車(chē)間，空氣壓縮泵8與高壓噴頭之間管路連接，負(fù)責(zé)為高壓噴頭提供穩(wěn)定的噴涂壓力。

所述的推入式定位臺(tái)1為中空邊框結(jié)構(gòu)，中空邊框中空部分前后尺寸與待噴涂網(wǎng)面尺寸一致，所述待噴涂網(wǎng)面尺寸不包括邊框部分，中空邊框前后兩側(cè)有固定架，用于夾住待噴涂網(wǎng)面，并將待噴涂網(wǎng)面(具有仿生蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的集水網(wǎng)面)準(zhǔn)確推入高壓噴涂室3和干燥室4。

所述運(yùn)輸導(dǎo)軌2鋪設(shè)在高壓噴涂室3和干燥室4之間，用于傳輸推入式定位臺(tái)1。如圖3所示，所述運(yùn)輸導(dǎo)軌2采用分段式網(wǎng)面運(yùn)輸導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，可以分段控制推入式定位臺(tái)1的運(yùn)輸速度，降低運(yùn)輸導(dǎo)軌2的故障率，并便于導(dǎo)軌維修。優(yōu)選的，在高壓噴涂室3和干燥室4分別設(shè)置一段運(yùn)輸導(dǎo)軌2，每一段運(yùn)輸導(dǎo)軌2均由牽引件201、軸承202和傳送帶203組成，所述的牽引件201有兩個(gè)，兩個(gè)牽引件201之間為軸承202，傳送帶203包覆在所述軸承202和牽引件201的外側(cè)，并且所述的牽引件201與傳送帶203內(nèi)表面之間為齒輪嚙合，牽引件201的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶203的運(yùn)動(dòng)，由于所述的推入式定位臺(tái)1位于所述的傳送帶203上，因此所述的傳送帶203的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)推入式定位臺(tái)1的運(yùn)輸。所述的軸承202均勻分布在兩個(gè)牽引件201之間，起到對(duì)傳送帶203的支撐和傳遞作用。

所述高壓噴涂室3位于推入式定位臺(tái)1和干燥室4之間，負(fù)責(zé)完成待噴涂網(wǎng)面的噴涂作業(yè)。如圖1和圖4所示，所述高壓噴涂室包括殼體301、高壓噴頭302、擾流棒303、紅外發(fā)射識(shí)別裝置304和廢液回收器305，所述紅外發(fā)射識(shí)別裝置304設(shè)置在所述的殼體301入口和出口處，連接高壓噴頭開(kāi)關(guān)，當(dāng)紅外發(fā)射識(shí)別裝置304檢測(cè)到推入式定位臺(tái)1載著待噴涂網(wǎng)面進(jìn)入或離開(kāi)高壓噴涂室3的殼體301后，高壓噴頭開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉，高壓噴頭302開(kāi)始或結(jié)束噴涂工作。所述殼體301的下方設(shè)置有廢液回收器305，用于接收噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的噴涂廢液以及清洗過(guò)程中產(chǎn)生的清洗廢液。所述高壓噴頭302固定在所述殼體301頂部，所述高壓噴頭302連接有二級(jí)原料罐6和空氣壓縮泵8。所述的廢液回收器305采用導(dǎo)流器，所述廢液回收器305中設(shè)置有擾流棒303，用于加大氣固接觸面，提高微液滴的碰撞概率，使得廢液回收更為高效，有效保護(hù)工作環(huán)境。

所述的高壓噴頭302具有一個(gè)以上，并排設(shè)置的所述殼體301上方，利于快速更換故障噴頭保證整套設(shè)備的高效運(yùn)行。

所述干燥室4位于高壓噴涂室3后，所述干燥室4包括腔室401和熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)402，所述熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)402位于干燥室的腔室401上方，所述熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)402為所述腔室401提供65℃的干燥熱風(fēng)。

應(yīng)用所述的具有仿生蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備裝置，進(jìn)行集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備，具體制備工藝流程包括如下步驟：

第一步，分別取22.25～44.5公斤與7.5公斤DMF(N,N-二甲基甲酰胺)倒入一級(jí)原料罐5與清洗原液罐7中，之后向一級(jí)原料罐5加入2.5公斤PVDF(聚偏氟乙烯)粉末，啟動(dòng)多級(jí)槳葉攪拌器A502攪拌10h～14溶解，之后加入0.25公斤納米TiO₂粉末攪拌2～3h，形成均勻的懸濁液，打開(kāi)一級(jí)原料罐5出口的閥門(mén)A501將懸濁液引入二級(jí)原料罐6，啟動(dòng)多級(jí)槳葉攪拌器B602攪拌均勻,待用。

打開(kāi)空氣壓縮泵8，調(diào)整至工作壓力60MPa，待用。

打開(kāi)熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)402，控制干燥室4的腔室401內(nèi)的氣流流速為0.5m/s，控制熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)402出口氣體溫度至65℃，并利用熱風(fēng)流預(yù)熱腔室401至與氣流溫度一致。

第二步，啟動(dòng)運(yùn)輸導(dǎo)軌2，控制運(yùn)輸速度至0.15～0.2m/s，將待噴涂網(wǎng)面固定于推入式定位臺(tái)1，啟動(dòng)推入式定位臺(tái)1的推入電機(jī)將網(wǎng)框推入運(yùn)輸導(dǎo)軌2。

第三步，打開(kāi)閥門(mén)C601，將懸濁液引入高壓噴頭302；當(dāng)待噴涂網(wǎng)面進(jìn)入殼體301內(nèi)部時(shí)，殼體301入口的紅外發(fā)射識(shí)別裝置304發(fā)射的紅外信號(hào)被網(wǎng)框阻斷，高壓噴頭302自動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)始工作，對(duì)待噴涂網(wǎng)面進(jìn)行完整的噴涂。當(dāng)噴涂結(jié)束并且推入式定位臺(tái)1離開(kāi)殼體1后，高壓噴頭302停止工作。未附著到待噴涂網(wǎng)面上的原液霧滴進(jìn)入廢液回收器305中。廢液回收器305中的擾流棒303起到增大液滴碰撞概率的作用，同時(shí)提供液滴吸附點(diǎn)位。

第四步，推入式定位臺(tái)1離開(kāi)殼體1之后由運(yùn)輸導(dǎo)軌2轉(zhuǎn)移至干燥室4。此時(shí)運(yùn)輸導(dǎo)軌2的速度降低為0.1m/s，目的在于充分干燥噴涂后的網(wǎng)面，并且使得節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。

第五步，在網(wǎng)面完全離開(kāi)干燥室4后，裁剪取下，得到50cm*50cm的仿生集水網(wǎng)面成品。

第六步，清洗處理。

由于懸濁液在溶劑揮發(fā)之后會(huì)形成固體，導(dǎo)致管道與高壓噴頭302堵塞，因此停止制備裝置的工作前關(guān)閉閥門(mén)A501，打開(kāi)閥門(mén)B701，將清洗原液罐7內(nèi)的清洗液導(dǎo)入二級(jí)原料罐6中并注滿，然后關(guān)閉閥門(mén)B701，打開(kāi)高壓噴頭302，并使其處于工作狀態(tài)，將二級(jí)原料罐6內(nèi)的所有清洗液噴完，重復(fù)5遍。

本發(fā)明提供的具有仿生蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的集水網(wǎng)面的連續(xù)化制備裝置，能夠大批量高效率地制備結(jié)構(gòu)均勻的仿生集水網(wǎng)面，具有極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明顯然不限于上述優(yōu)選實(shí)施例的細(xì)節(jié)，在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。因此，無(wú)論從哪個(gè)角度出發(fā)，均應(yīng)將上述優(yōu)選實(shí)施例看作是示范性，而不具有唯一性的性質(zhì)。

此外，雖然本說(shuō)明書(shū)按照優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，優(yōu)選實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。