專利名稱：基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及仿生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減阻表面的制作方法。
背景技術(shù)：
利用減阻劑減阻是一種高效的減阻方法，廣泛應(yīng)用于水下航行器表面或長距離輸送管道(輸油、氣、水等)內(nèi)壁面的流體減阻。常用的減阻劑主要有聚丙烯酰胺(PAM)和水性環(huán)氧樹脂等，盡管減阻效能高，但價格通常較為昂貴。利用減阻劑減阻與利用溝槽等結(jié)構(gòu)型減阻方法相比，具有減阻效率高(減阻效率通常在15%以上)、便于實施等優(yōu)勢。該減阻方法的實施目前主要采用在航行器表面或長輸管道內(nèi)壁面直接釋放或涂覆減阻劑的方式， 往往使得大量的減阻劑不能有效作用于湍流有效區(qū)，存在減阻劑消耗快、用量大、浪費嚴重、需不斷補充等不足，因而使用和維護成本相對較高。另外，硅藻是最重要的浮游類微生物之一，種類多、數(shù)量大、分布極其廣泛。硅藻不僅形態(tài)多樣，常見的有球形、盤形、圓筒形、桿形、舟形等，而且有著特殊的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)。在材質(zhì)上，硅藻殼體的主要化學(xué)成份是二氧化硅；在結(jié)構(gòu)上，單體硅藻大小在幾微米到幾十微米間，由上、下殼面構(gòu)成，殼體內(nèi)部擁有空腔結(jié)構(gòu)，殼體表面布滿納米級微孔。硅藻土是硅藻的古代殘骸沉積物生成的硅質(zhì)沉積巖，主要由古代硅藻及其它微生物(放射蟲、海綿等)的硅質(zhì)遺骸組成，主要化學(xué)成份是二氧化硅。硅藻土在自然界中作為礦產(chǎn)大量存在，因而來源廣泛、價格低廉。由于硅藻土具有細膩、質(zhì)輕、孔隙度大、吸附性和滲透性強、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱、有一定強度等特點，是一種具有重要應(yīng)用價值的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，以解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，包括硅藻土固化工藝，其特征在于，還包括在硅藻土固化表面吸附減阻劑的吸附工藝，所述吸附工藝包括如下步驟1)室溫條件下將采用硅藻土固化工藝制得的硅藻土固化表面浸入去離子水中，在功率為800W 1200W、工作頻率為30KHz 50KHz的條件下超聲清洗IOmin 20min，然后用N2吹干；2)制備減阻劑水溶液；3)將干燥后的硅藻土固化表面完全浸入減阻劑水溶液，然后置于真空干燥箱內(nèi)進行脫氣處理IOmin 20min，然后取出，便制得緩釋減阻表面。本發(fā)明利用硅藻土固化表面來吸附和緩釋減阻劑，不僅能有效提高減阻劑的附著力和容持量，還能達到緩慢釋放減阻劑以使其全部作用于湍流有效區(qū)的目的，因而具有提高減阻劑利用效能、減少減阻劑用量、降低使用和維護成本等優(yōu)勢。
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所述吸附工藝中，步驟2)采用的減阻劑水溶液為聚丙烯酰胺(PAM)減阻劑水溶液。PAM減阻劑水溶液的制備方法如下室溫條件下，在去離子水中，邊攪拌邊慢慢加入聚丙烯酰胺(PAM)粉體顆粒，配制質(zhì)量百分比濃度為2%的PAM減阻劑水溶液。所述硅藻土固化工藝采用高溫燒結(jié)的方法制成硅藻土固化表面。高溫燒結(jié)的方法可以采用常用的燒結(jié)方法，也可以采用如下硅藻土固化步驟1)硅藻土預(yù)處理(A)室溫條件下，將硅藻土在質(zhì)量百分比濃度為1. 5% 3. 5%的HF溶液中浸泡處理;3min 5min，然后使用5 μ m 20 μ m的濾布進行過濾，得到第一硅藻土混合物；(B)將所述第一硅藻土混合物在溫度為80°C 90°C條件下，在NH4、H202、H20混合液(1:2:7)中浸泡處理IOmin 20min，然后使用5 μ m 20 μ m的濾布進行過濾，得到第二硅藻土混合物；(C)將所述第二硅藻土混合物在室溫條件下加入去離子水，在功率為800W 1200W、工作頻率為30KHz 50KHz的條件下，超聲清洗IOmin 20min，然后使用5μπι 20 μ m的濾布進行過濾，得到第三硅藻土混合物；(D)將所述第三硅藻土混合物在室溫條件下用N2吹干，得到第四硅藻土混合物；2)硅藻土濕坯制作(A)室溫條件下，將1)步驟得到的所述第四硅藻土混合物加入去離子水，配制固含量為50% 70%的硅藻土泥漿，然后陳腐Id ；(B)在一定形狀的模具中采用注漿成型工藝制作出硅藻土濕坯；(C)室溫條件下，對所述硅藻土濕坯進行初步的自然風(fēng)干，含水率控制在60% 80% ；3)硅藻土濕坯高溫燒結(jié)固化(A)將2)步驟制得的所述硅藻土濕坯放入高溫燒結(jié)爐內(nèi)，在1050°C 1150°C溫度范圍內(nèi)進行恒溫燒結(jié)處理1. 5h 2.釙；(B)緩慢降溫至室溫后脫模，即得到硅藻土固化表面。本發(fā)明采用上述工藝的硅藻土經(jīng)高溫燒結(jié)固化后仍能保留其多孔結(jié)構(gòu)，所制得的硅藻土固化表面仍具有較大的孔體積、較強的吸附性和緩釋性。所述硅藻土固化工藝中，幻步驟的模具可以根據(jù)要制作的硅藻土固化表面的形狀不同，如平板狀或圓管狀，可任意更換模具。為便于脫模，步驟2中，事先應(yīng)在模具內(nèi)表面涂敷一層質(zhì)量百分比濃度為80%的氮化硼水溶液。所述高溫燒結(jié)爐內(nèi)設(shè)有燒結(jié)爐基座，模具設(shè)置在所述燒結(jié)爐基座上，模具內(nèi)設(shè)有硅藻土濕坯。經(jīng)高溫燒結(jié)后的硅藻土固化表面，其固化強度在30Mpa 40MPa，孔隙度在 40% 60%。制得的硅藻土固化表面空隙大、吸附性強，能具有很好的緩釋性。有益效果由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所制作的基于硅藻土的仿生緩釋減阻表面，減阻率在15% 25%。具有提高減阻劑利用效能、減少減阻劑用量、降低使用和維護成本等優(yōu)勢。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明硅藻土高溫燒結(jié)固化示意圖；圖3為本發(fā)明燒結(jié)后的硅藻土固化表面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示進一步闡述本發(fā)明。參照圖1，基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，包括硅藻土固化工藝1，還包括吸附工藝2，吸附工藝2包括如下步驟第一步室溫條件下將采用硅藻土固化工藝1制得的硅藻土固化表面浸入去離子水中，在功率為800W 1200W、工作頻率為30KHz 50KHz的條件下超聲清洗IOmin 20min，然后用N2吹干。第二步制備減阻劑水溶液。減阻劑水溶液為聚丙烯酰胺(PAM)減阻劑水溶液。 PAM減阻劑水溶液的制備方法如下室溫條件下，在去離子水中，邊攪拌邊慢慢加入聚丙烯酰胺(PAM)粉體顆粒，配制質(zhì)量百分比濃度為2%的PAM減阻劑水溶液。第三步將干燥后的硅藻土固化表面完全浸入減阻劑水溶液，然后置于真空干燥箱內(nèi)進行脫氣處理IOmin 20min，然后取出，便制得緩釋減阻表面。本發(fā)明利用硅藻土固化表面來吸附和緩釋減阻劑，不僅能有效提高減阻劑的附著力和容持量，還能達到緩慢釋放減阻劑以使其全部作用于湍流有效區(qū)的目的，因而具有提高減阻劑利用效能、減少減阻劑用量、降低使用和維護成本等優(yōu)勢。硅藻土固化工藝1采用高溫燒結(jié)的方法制成硅藻土固化表面。高溫燒結(jié)的方法可以采用常用的燒結(jié)方法，也可以采用如下硅藻土固化步驟第一步硅藻土預(yù)處理(A)室溫條件下，將硅藻土在質(zhì)量百分比濃度為1.5% 3. 5%的HF溶液中浸泡處理:3min 5min，然后使用5 μ m 20 μ m的濾布進行過濾，得到第一硅藻土混合物。(B)將第一硅藻土混合物在溫度為80°C 90°C條件下，在NH4、H202、 H20混合液(1:2:7)中浸泡處理IOmin 20min，然后使用5 μ m 20 μ m的濾布進行過濾，得到第二硅藻土混合物。(C)將第二硅藻土混合物在室溫條件下加入去離子水，在功率為800W 1200W、工作頻率為30KHz 50KHz的條件下，超聲清洗IOmin 20min，然后使用5 μ m 20 μ m的濾布進行過濾，得到第三硅藻土混合物。(D)將第三硅藻土混合物在室溫條件下用N2吹干，得到第四硅藻土混合物。第二步硅藻土濕坯制作(A)室溫條件下，將1)步驟得到的第四硅藻土混合物加入去離子水，配制固含量為50% 70%的硅藻土泥漿，然后陳腐Id。(B)在一定形狀的模具中采用注漿成型工藝制作出硅藻土濕坯。模具可以根據(jù)要制作的硅藻土固化表面的形狀不同，如平板狀或圓管狀，可任意更換模具。為便于脫模，事先應(yīng)在模具內(nèi)表面均勻涂敷薄薄的一層質(zhì)量百分比濃度為80%的氮化硼水溶液。(C)室溫條件下，對硅藻土濕坯進行初步的自然風(fēng)干，含水率控制在60 % 80 %。第三步硅藻土濕坯高溫燒結(jié)固化(A)將2~)步驟制得的硅藻土濕坯放入高溫燒結(jié)爐內(nèi)，在1050°C 1150°C溫度范圍內(nèi)進行恒溫燒結(jié)處理1. 5h 2. 5h。參照圖2，高溫燒結(jié)爐3內(nèi)設(shè)有燒結(jié)爐基座31，模具4設(shè)置在燒結(jié)爐基座31上，模具4內(nèi)設(shè)有硅藻土濕坯。 (B)緩慢降溫至室溫后脫模，即得到硅藻土固化表面。參照圖3，本發(fā)明采用上述工藝的硅藻土經(jīng)高溫燒結(jié)固化后在顯微鏡下的結(jié)構(gòu)示意圖。采用上述硅藻土固化工藝制得的硅藻土固化表面仍能保留其多孔結(jié)構(gòu)，仍具有較大的孔體積、較強的吸附性和緩釋性。本發(fā)明制得的緩釋減阻表面可以用于需要減阻的場所， 比如設(shè)置在輸送管道內(nèi)壁上、水下航行器外表面。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，包括硅藻土固化工藝，其特征在于，還包括在硅藻土固化表面吸附減阻劑的吸附工藝，所述吸附工藝包括如下步驟1)室溫條件下將采用硅藻土固化工藝制得的硅藻土固化表面浸入去離子水中，在功率為800W 1200W、工作頻率為30KHZ 50KHz的條件下超聲清洗IOmin 20min，然后用N2 吹干；2)制備減阻劑水溶液；3)將干燥后的硅藻土固化表面浸入減阻劑水溶液，然后置于真空干燥箱內(nèi)進行脫氣處理IOmin 20min，然后取出，便制得緩釋減阻表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，其特征在于所述吸附工藝中，步驟2)采用的減阻劑水溶液為聚丙烯酰胺減阻劑水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，其特征在于聚丙烯酰胺減阻劑水溶液的制備方法如下室溫條件下，在去離子水中，邊攪拌邊慢慢加入聚丙烯酰胺粉體顆粒，配制質(zhì)量百分比濃度為2%的聚丙烯酰胺減阻劑水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，其特征在于 所述硅藻土固化工藝采用高溫燒結(jié)的方法制成硅藻土固化表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，其特征在于高溫燒結(jié)的方法采用如下硅藻土固化步驟1)硅藻土預(yù)處理(A)室溫條件下，將硅藻土在質(zhì)量百分比濃度為1.5% 3.5%的HF溶液中浸泡處理 3min 5min，然后使用5 μ m 20 μ m的濾布進行過濾，得到第一硅藻土混合物；(B)將所述第一硅藻土混合物在溫度為80°C 90°C條件下，在NH4、H202、H20混合液中浸泡處理IOmin 20min，然后使用5 μ m 20 μ m的濾布進行過濾，得到第二硅藻土混合物；(C)將所述第二硅藻土混合物在室溫條件下加入去離子水，在功率為800W 1200W、工作頻率為30KHz 50KHz的條件下，超聲清洗IOmin 20min，然后使用5 μ m 20 μ m的濾布進行過濾，得到第三硅藻土混合物；(D)將所述第三硅藻土混合物在室溫條件下用N2吹干，得到第四硅藻土混合物；2)硅藻土濕坯制作(A)室溫條件下，將1)步驟得到的所述第四硅藻土混合物加入去離子水，配制固含量為50% 70%的硅藻土泥漿，然后陳腐Id ；(B)在一定形狀的模具中采用注漿成型工藝制作出硅藻土濕坯；(C)室溫條件下，對所述硅藻土濕坯進行初步的自然風(fēng)干，含水率控制在60% 80%；3)硅藻土濕坯高溫燒結(jié)固化(A)將幻步驟制得的所述硅藻土濕坯放入高溫燒結(jié)爐內(nèi)，在1050°C 1150°C溫度范圍內(nèi)進行恒溫燒結(jié)處理1. 5h 2. 5h ；(B)緩慢降溫至室溫后脫模，即得到硅藻土固化表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，其特征在于所述硅藻土固化工藝中，為便于脫模，步驟2中，事先在模具內(nèi)表面涂敷一層質(zhì)量百分比濃度為 80%的氮化硼水溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于硅藻土的緩釋減阻表面的制作方法，其特征在于所述高溫燒結(jié)爐內(nèi)設(shè)有燒結(jié)爐基座，模具設(shè)置在所述燒結(jié)爐基座上，模具內(nèi)設(shè)有硅藻土濕坯。
全文摘要
本發(fā)明涉及仿生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減阻表面的制作方法?；诠柙逋恋木忈寽p阻表面的制作方法，包括硅藻土固化工藝，還包括吸附工藝，吸附工藝包括如下步驟1)室溫條件下將硅藻土固化表面浸入去離子水中，超聲清洗10min～20min，用N2吹干。2)制備減阻劑水溶液。3)將干燥后的硅藻土固化表面浸入減阻劑水溶液，置于真空干燥箱內(nèi)進行脫氣處理10min～20min，取出，便制得緩釋減阻表面。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所制作的基于硅藻土的仿生緩釋減阻表面具有提高減阻劑利用效能、減少減阻劑用量、降低使用和維護成本等優(yōu)勢。
文檔編號C04B35/622GK102424600SQ201110261678
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者張珊珊, 邱先慧, 郭業(yè)民, 韓鑫 申請人:山東理工大學(xué)