專利名稱：防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結在金屬壁面的方法和該金屬壁面及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面及其制備方法，還涉及防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結在金屬壁面的方法。
背景技術：
對于以濕空氣、蒸汽或其他氣態含能工質作為介質，對于固體散碎狀(顆粒狀)物料進行氣力輸送、氣固分離及除塵、通 風、暖通與制冷等工程中，含塵氣流中的粉粒體因其自身表面能與內聚力和因介質中以氣態形式存在的液體蒸發凝結，致使粉塵顆粒在各構件金屬材質的壁面上的粘結而難以清除。此外，這一粘結現象還發生于物料干燥尾氣、工業與民用領域用熱設備排氣的余熱回收利用的熱交換裝置中。在具有一定含濕量的散碎狀顆粒物或濕含量的介質的各類氣固處理的作業中，細小顆粒物因顆粒物表面能而使其在壁面上粘附、因介質中水蒸氣“遇冷”在壁面“結露”而使已附著在壁面上的粉塵顆粒“粘結”。顆粒物在壁面的附著、粘附，遇到液體后在其上粘結，造成在氣流通道內的堆積、堵塞和增加設備的氣流阻力。粘結受干燥介質的作用被高溫碳化甚至引發燃燒，影響余熱回收利用熱交換裝置的換熱效率。迄今，在環保、冶金、建材、通風、暖通、木材加工(含人造板、家具、木質板等木制品)等工業領域，為消除顆粒物的粘附所帶來的影響，迄今采用的是機械振打、風力清吹的人為清除方法，即先“粘附”以至于“粘結”后再清除，清除的效率和效果不理想。在水或液體的作用下，減小或有效地降低細小顆粒物試圖粘附、粘結于壁面的結合力，將是防止其粘附、粘結的有效的途徑和方法。即使是附著在壁面上，因附著力的降低也便于徹底清除。對于具有一定溫度的含塵氣體的余熱回收利用的換熱器，粉塵的附著于換熱面是不可避免的，在冶金行業硅鐵電爐高溫煙氣余熱利用中的熱交換器，常因管內污垢系數上升、換熱面粘附粉塵而實效。為清除換熱面上的粘附的粉塵，采用脈沖噴吹自動清灰裝置，這一方法只是解決高溫煙氣尾氣余熱利用中換熱面的積灰，并沒有涉及含濕度、含塵工業用熱設備尾氣的余熱回收利用中遇到問題，即粉塵“粘附”換熱面、且遇到水蒸氣或水或可潤濕粉塵的其他液體而“粘結”于換熱面。在常溫環境下，對于建筑玻璃墻面、化學分析的載玻片，為防止玻璃表面的粉塵附著和粘附，采用的方法是在玻璃表面以化學試劑對玻璃表面進行預處理，以達到防塵保潔的目的。解決電除塵器中粉塵粘結于電極的問題，采用方法是在電極表面涂以涂層材料，試圖以降低粉塵在電極上的附著的粘結力。在鋼鐵廠鐵礦燒結車間抽風系統中，遇到燒結熱量作用致使抽塵氣流溫度高且所含水汽偏大，產生風管外面的冷氣作用使風管內表面累積一層粘結強度高的塵垢，影響正常生產，解決這一問題的方法是采用夾層風管預防內表面累積塵垢。在與粉塵于固體表面“粘附”、或“粘結”相關的其他領域，解決的方法有對離心風機葉輪的粉塵粘附的機理研究、微顆粒在其表面粘附的力學模型與粘附數值模擬；建筑玻璃表面粉塵的粘附與清潔機理探討；建筑物外墻粘污機理與保潔實驗研究；化學試劑預處理玻璃表面防塵保潔實驗；干態的電除塵器、布袋除塵器(又稱袋式除塵器)、對噴流除塵技術中粉塵粘附問題致使其失效以及粉塵粘附性能的研究；利用粉塵粘附性能研制的化學抑塵劑；高耐候及高耐沾污性外墻乳膠涂料的研制。尚未檢索到通過對金屬材質的氣流通道表面進行疏水性處理的方法，以解決粉塵附著、遇到水或水蒸氣后“粘結”和不易清除所帶來的諸多問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠有效防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面。該防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面，是在金屬壁面具有直徑或當 量直徑為2 i! m -9 i! m的突起，突起之間的間距25-32 u m。上述的防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面，突起直徑或當量直徑為2 u m _5 u m0本發明的有益效果本發明使其金屬壁面形成直徑或當量直徑為2 -9i!m、間距25-32 ii m的“突起”狀超微粗糙表面，使其與水的接觸角大于150°，而具有疏水特性。本發明同時提供了一種防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法。該防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，是將金屬板材清洗干凈后，以酸溶液進行刻蝕，然后把刻蝕后的金屬板材放入氟硅烷-乙醇溶液中浸泡，再取出烘干。上述的防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，所述金屬板材為鋁材,刻蝕時以4mol/L鹽酸溶液刻蝕6-8min，再用氟硅烷-乙醇溶液將刻蝕過的鋁材浸泡20-30min。以4mol/L鹽酸溶液刻蝕6_8min即可在鋁材表面形成直徑或當量直徑為
2u m -9 ii m的突起,突起之間的間距25-32 ii m。當鹽酸溶液的濃度達到4. Omol/L時,所得到的表面表現出較好疏水性；當溶液濃度過低時，由于反應的速度緩慢，壁面微觀粗糙結構的形成受到一定影響，難以實現超疏水性；當溶液濃度過高時，接觸角的數值變化并不大，并且由于反應的速度過快，可能致使表面上各個區域刻蝕不均，從而使同一表面上的疏水性不同；而且由于反應劇烈，使得反應結束的時間不容易控制，從而對刻蝕結果產生一定的影響。鹽酸刻蝕可增大氟化處理表面的接觸角，刻蝕時間越長接觸角越大，但當鹽酸刻蝕時間超過IOmin時，進一步延長刻蝕時間水滴在壁面上的接觸角變化并不大，且開始逐漸下降，因而刻蝕時間以6 8min為宜。固體表面的潤濕性能主要受表面化學組成的影響，固體表面自由能越小，越不易于被一些液體所潤濕。本專利所用氟硅烷-乙醇溶液配置如下首先將十三氟辛基三乙氧基硅烷和水按體積比為1:49混合配制成2%的中間溶液，然后用冰乙酸調節中間液的PH值至3 3. 8，再用無水乙醇將中間液稀釋至1%(十三氟辛基三乙氧基硅烷占整個溶液的體積百分比)的十三氟辛基三乙氧基硅烷溶液，最后，將所配制溶液在室溫下充分攪拌5小時左右，使其形成均勻透明液體。十三氟辛基三乙氧基硅烷由于表面自由能很小，對固體材料進行化學修飾，可以降低固體的表面自由能，從而使固體表面疏水化。優選，刻蝕完成后用氟硅烷-乙醇溶液浸泡之前，用去離子水沖洗其表面，再用超聲波振蕩清洗，除去表面殘留反應生成物，然后在100°c左右烘干。優選，在刻蝕之前清洗時依次用丙酮、去離子水清洗，再以超聲波振蕩清洗，然后將鋁材浸入到氫氧化鈉溶液中去除表面氧化層。鋁材表面有一層起防腐蝕作用的致密氧化層，鹽酸并不能將其腐蝕掉，而氫氧化鈉溶液可以表面氧化層，因此首先采用氫氧化鈉來表面氧化層。上述的防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，所述金屬板材為鋼材，刻蝕時以鹽酸、硝酸和氫氟酸按體積比15:5:1混合配置成的刻蝕溶液進行刻蝕，時間ll_13min ;鹽酸、硝酸和氫氟酸的質量百分比濃度分別是36-37%，66-67%，39-41%。當鹽酸、硝酸和氫氟酸的體積比為15:5:1，刻蝕時間為ll-13min時刻蝕效果達到最佳，此時鋼片表面形成了類似于荷葉的微米亞微米級的粗糙結構，出現了最佳的超疏水性。優選，刻蝕之前，把鋼材表面以砂紙打磨后，再以超聲波清洗清洗，然后用6g/L的氫氧化鈉溶液和去離子水沖洗鋼材以去除油脂及一些表面雜質，然后將鋼材以超聲波清洗。砂紙打磨可起到清理材料表面雜質的作用。本發明同時提供了一種防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結在金屬壁面的方法。本防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結在金屬壁面的方法，是采用上述的防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面作為輸送通道的壁面。具體地說，本發明是把防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面作為輸送含濕粉塵的氣流通道表面，解決了含塵氣流中的粉塵易附著于氣流通道表面、且遇到水或水蒸氣后易粘結不易清除得問題。本發明可以作為以空氣、蒸汽或其他氣態含能工質作為介質，用于固體散碎狀(顆粒狀)物料的氣力輸送、倉存、排供料、氣固分離及除塵、通風、暖通與制冷等工程中，防止粉塵在其各類構件及材質的內表面粘結的方法。
圖I是本發明中具有疏水特性的材料表面“突起”分布示意 圖2是本發明中具有疏水特性的材料表面“突起”構造剖面示意 圖3是本發明中水在疏水性材料表面形成的接觸角及其形態。
具體實施例方式實施例I :疏水性鋁材的制備
I、將鋁材板塊分割成20mmX20mmXlmm的矩形塊，之后依次用丙酮、去離子水清洗三遍，超聲波振蕩清洗15分鐘，然后將其浸入到氫氧化鈉溶液中去除表面氧化層。2、將經上述過程處理后的鋁片在室溫(約20°C )下用4mol/L鹽酸溶液進行化學刻蝕7min。刻蝕完成后，用去離子水沖洗其表面，然后再用超聲波振蕩清洗，除去表面殘留反應生成物，最后將處理好的鋁片在烘箱中100°C左右烘干。3、將烘干的鋁片放入配置好的氟硅烷-乙醇溶液中，浸泡25min，然后放入烘箱中，在100°C下烘干15分鐘，即得到了具有超疏水性質的鋁表面，參見圖1-3，其表面形成當量直徑L為2 ii m -5 ii m的突起1，突起之間的間距T為25-30 u m的微觀結構，水滴2在該鋁片表面上的接觸角0達到了 156°。
實施例2 :疏水性鋼材的制備
I、將尺寸為20mmX20mmXlmm的鋼片用180#的水磨砂紙進行打磨，再用240#的砂紙打磨，打磨后將其放入超聲波清洗機中清洗5min左右，再分別用6g/L的氫氧化鈉溶液和去離子水沖洗以去除油脂及一些表面雜質，然后將其放入超聲波清洗機中清洗15min左右。2、將打磨清洗好的鋼片浸入到由鹽酸(質量百分比濃度37%)、硝酸(質量百分比濃度66. 8%)和氫氟酸(質量百分比濃度40%)按體積比15:5:1混合配置的刻蝕溶液中進行刻蝕，時間為12min，反應在室溫(約22°C )下進行。刻蝕完成后將鋼片放入超聲波清洗機中清洗30min左右,烘干。3、最后將刻蝕后的鋼片放入預先配置好的氟硅烷-乙醇溶液中，室溫下浸泡25min后取出，放入烘箱中，120°C下烘干15min左右，即得到了具有超疏水性質的鋼表面， 參見圖1-3，其表面形成當量直徑L為2 ii m -5 ii m的突起1，突起之間的間距T為28-32 u m的微觀結構，水滴2在該鋼片表面上的接觸角0達到了 158°。為解決高濕含塵氣流中粉塵顆粒在金屬壁面上的粘結問題，本發明將金屬材質構件表面刻蝕成具有一定疏水性的表面，達到防止粉塵在金屬表面粘結的效果。本發明明顯增加了鋁材、鋼材的表面疏水效果，被處理后金屬表面對水具有較大的接觸角e和較小的滾動角，將具有超疏水性的鋁材、鋼材應用在輸送管道或換熱器上，可使高濕環境下產生的積灰由于水珠的下落而被帶走。
權利要求
1.防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面，其特征是在金屬壁面具有直徑或當量直徑為2iim _9iim的突起，突起之間的間距25-32iim。
2.如權利要求I所述的防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面，其特征是突起直徑或當量直徑為2 ii m -5 ii m。
3.防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，其特征是將金屬板材清洗干凈后，以酸溶液進行刻蝕，然后把刻蝕后的金屬板材放入氟硅烷-乙醇溶液中浸泡，再取出烘干。
4.如權利要求3所述防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，其特征是所述金屬板材為鋁材，刻蝕時以4mol/L鹽酸溶液刻蝕6-8min，再用氟硅烷-乙醇溶液將刻蝕過的鋁材浸泡20-30min。
5.如權利要求4所述防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，其特征是刻蝕完成后用氟硅烷-乙醇溶液浸泡之前，用去離子水沖洗其表面，再用超聲波振蕩清洗，除去表面殘留反應生成物，然后在100°C左右烘干。
6.如權利要求4所述防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，其特征是在刻蝕之前清洗時依次用丙酮、去離子水清洗，再以超聲波振蕩清洗，然后將鋁材浸入到氫氧化鈉溶液中去除表面氧化層。
7.如權利要求3所述防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，其特征是所述金屬板材為鋼材，刻蝕時以鹽酸、硝酸和氫氟酸按體積比15:5:1混合配置成的刻蝕溶液進行刻蝕，時間ll_13min ;鹽酸、硝酸和氫氟酸的質量百分比濃度分別是36-37%,66-67%,39-41%。
8.如權利要求7所述防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，其特征是刻蝕之前，把鋼材表面以砂紙打磨后，再以超聲波清洗清洗，然后用6g/L的氫氧化鈉溶液和去離子水沖洗鋼材以去除油脂及一些表面雜質，然后將鋼材以超聲波清洗。
9.防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結在金屬壁面的方法，其特征是采用權利要求I或2所述的防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面。
全文摘要
本發明提供一種能夠有效防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面及其制備方法。該防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面，是在金屬壁面具有直徑或當量直徑為2μm-9μm的突起，突起之間的間距25-32μm。該防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面的制備方法，是將金屬板材清洗干凈后，以酸溶液進行刻蝕，然后把刻蝕后的金屬板材放入氟硅烷-乙醇溶液中浸泡，再取出烘干。本發明還提供一種防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結在金屬壁面的方法，是采用上述的防止以氣態介質輸送的含濕粉塵粘結的金屬壁面作為輸送通道的壁面。
文檔編號C23F1/20GK102978623SQ20121056729
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者周捍東, 陳柯伽, 丁濤, 田玉香, 周培國, 那斌, 徐長妍 申請人:南京林業大學