本發明屬于化學仿生技術領域，具體涉及具有仿生蜘蛛絲結構的集水網面的連續化制備裝置及其制備工藝。

背景技術：

根據WHO的統計數據，世界上僅有0.007％的水能夠直接供人類消費使用。缺水已經成為許多地區人們生活的常態，人類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，人類生產生活中也產生大量的霧化水，例如火電廠，此外，大霧天氣也給人類的生產生活帶來諸多麻煩，因此如何高效收集霧氣成為熱門課題。

傳統的集水材料一般是親水的織物或者導熱性質好的金屬。例如，秘魯政府為開發霧水資源，在該國西臨太平洋的多霧地區設立了兩個霧水收集站，霧水收集器用尼龍網制成，尼龍網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296.8毫米和165.1毫米。西班牙科學家還發明聚氨基甲酸乙酯制成的人造樹，這種聚氨基甲酸乙酯吸水性能強，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，不能滿足人類生產生活所需。自然界中的生物經過長期的進化過程獲得了在極度缺水環境中生存的本領。因此通過仿生制備低能耗、高效率、環境友好的集水材料有望成為解決水資源匱乏問題的新途徑。我國許多生活在多霧氣候的地區的居民也早已開始用類似的傳統集水材料從霧氣中收集淡水。但現有集水技術存在著效率低、集水成本高、環境不友好、集水纖維生產效率低的缺陷，無法滿足廣大缺水地區對于水資源的迫切需求。

目前，經過北京航空航天大學鄭詠梅教授課題組的努力探索，在仿生集水方向已經能夠實現集水纖維的工業化生產，該纖維在簡單編網后能夠在不降低氣流壓降的前提下實現單程6％的集水性能，遠遠高于傳統Rachel網面單程2％的集水率，但是存在機械化編網破壞異質結構的仿生集水纖維問題，現有技術中需要連續化、工業化制備集水網面的問題仍然存在。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種具有仿生蜘蛛絲結構的集水網面的連續化制備裝置及其工藝，所述的連續化制備裝置包括：推入式定位臺、運輸導軌、高壓噴涂室、干燥室、一級原料罐、二級原料罐、清洗原液罐和空氣壓縮泵；所述的推入式定位臺位于運輸導軌上，推入式定位臺固定要待噴涂網面，在所述的連續化制備過程中，推入式定位臺攜帶著待噴涂網面，沿運輸導軌，依次經過高壓噴涂室和干燥室，實現對具有仿生蜘蛛絲結構的集水網面的連續化制備；所述的一級原料罐出口、清洗原液罐出口分別與二級原料罐入口之間通過管路連接，二級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間，空氣壓縮泵與高壓噴頭之間管路連接，負責為高壓噴頭提供穩定的噴涂壓力。

本發明還提供一種具有仿生蜘蛛絲結構的集水網面的連續化制備工藝，包括如下步驟：

第一步，分別取兩份DMF倒入一級原料罐與清洗原液罐中，之后向一級原料罐加入PVDF粉末，啟動多級槳葉攪拌器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，打開一級原料罐出口的閥門A將懸濁液引入二級原料罐，啟動多級槳葉攪拌器B攪拌均勻，待用；

打開空氣壓縮泵，調整至工作壓力60MPa，待用；

打開熱風鼓風機，控制干燥室的腔室內的氣流流速為0.5m/s，控制熱風鼓風機出口氣體溫度至65℃，并利用熱風流預熱腔室至與氣流溫度一致；

第二步，啟動運輸導軌，控制運輸速度至0.15～0.2m/s，將待噴涂網面固定于推入式定位臺，啟動推入式定位臺的推入電機將網框推入運輸導軌；

第三步，打開閥門C，將懸濁液引入高壓噴頭；當待噴涂網面進入殼體內部時，殼體入口的紅外發射識別裝置發射的紅外信號被網框阻斷，高壓噴頭自動啟動開始工作，對待噴涂網面進行完整的噴涂；當噴涂結束并且推入式定位臺離開殼體后，高壓噴頭停止工作；未附著到待噴涂網面上的原液霧滴進入廢液回收器中；

第四步，推入式定位臺離開殼體之后由運輸導軌轉移至干燥室；此時運輸導軌的速度降低為0.1m/s；

第五步，在網面完全離開干燥室后，裁剪取下，得到仿生集水網面成品；

第六步，清洗處理；

關閉閥門A，打開閥門B，將清洗原液罐內的清洗液導入二級原料罐中并注滿，然后關閉閥門B，打開高壓噴頭，并使其處于工作狀態，將二級原料罐內的所有清洗液噴完，重復5遍。

本發明的優點在于：

1.本發明采用分段式網面運輸導軌，可以分段控制網面運輸速度，降低導軌故障率的同時，便于導軌故障維修，在出現設備故障時可以直接更換相應工塊，提高設備的生產效率。

2.本發明采用推入式定位臺，保證網框高效準確的進入生產線。

3.本發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長引起的懸濁液沉降，并使得噴涂設備便于完成工作后進行清理。

4.本發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備的高效運行。并采用大儲氣罐，保證噴涂工藝中噴涂壓力的穩定輸出。

5.本發明在高壓噴涂室設置有廢液回收器，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，有效保護工作環境。

6.本發明在干燥工作區裝備有熱風鼓風機，配置高效導流通道，進而快速更新干燥室內的空氣，提高傳質推動力進而加快噴涂后網面的干燥速率。

7.本發明提供的仿生集水網面的制備裝置，可以連續化、工業化生產仿生集水網面，結合工業化的仿生集水纖維能夠達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。

附圖說明

圖1為本發明中仿生集水網面的連續化制備裝置的結構示意圖；

圖2為本發明中一級原料罐、清洗原液罐與二級原料罐之間的連接關系示意圖；

圖3為本發明中運輸導軌結構示意圖；

圖4為本發明中高壓噴涂室結構示意圖；

圖5為本發明中干燥室工作區結構示意圖。

圖中：

1.推入式定位臺； 2.運輸導軌； 3.高壓噴涂室； 4.干燥室；

5.一級原料罐； 6.二級原料罐； 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.紅外發射識別裝置；

305.廢液回收器； 401.腔室； 402.熱風鼓風機；

501.閥門A； 601.閥門C； 701.閥門B； 502.多級槳葉攪拌器A；

602.多級槳葉攪拌器B。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

本發明首先提供的一種具有仿生蜘蛛絲結構的集水網面的連續化制備裝置，如圖1所示，所示的裝置包括：推入式定位臺1、運輸導軌2、高壓噴涂室3、干燥室4、一級原料罐5、二級原料罐6、清洗原液罐7和空氣壓縮泵8。所述的推入式定位臺1位于運輸導軌2上，推入式定位臺1固定要待噴涂網面，在所述的連續化制備過程中，推入式定位臺1攜帶著待噴涂網面，沿運輸導軌2，依次經過高壓噴涂室3和干燥室4，實現對具有仿生蜘蛛絲結構的集水網面的連續化制備。

如圖1和圖2所示，所述的一級原料罐5出口、清洗原液罐7出口分別與二級原料罐6入口之間通過管路連接，二級原料罐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。在所述的一級原料罐5出口設置有閥門A501，用于控制一級原料罐5中的原料流量；在所述的清洗原液罐7出口設置有閥門B701，用于控制清洗原液罐7內的清洗原液流量；在所述的二級原料罐6出口設置有閥門C601，用于控制二級原料罐6內的原料流量。

如圖2所示，在所述的一級原料罐5內設置有多級槳葉攪拌器A502，在所述的二級原料罐6內設置有多級槳葉攪拌器B602，分別用于攪拌所述一級原料罐5和二級原料罐6內的原料，使其原料混合均勻。

所述空氣壓縮泵8放置于空氣壓縮車間，空氣壓縮泵8與高壓噴頭之間管路連接，負責為高壓噴頭提供穩定的噴涂壓力。

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

所述運輸導軌2鋪設在高壓噴涂室3和干燥室4之間，用于傳輸推入式定位臺1。如圖3所示，所述運輸導軌2采用分段式網面運輸導軌結構，可以分段控制推入式定位臺1的運輸速度，降低運輸導軌2的故障率，并便于導軌維修。優選的，在高壓噴涂室3和干燥室4分別設置一段運輸導軌2，每一段運輸導軌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，兩個牽引件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，并且所述的牽引件201與傳送帶203內表面之間為齒輪嚙合，牽引件201的轉動帶動傳送帶203的運動，由于所述的推入式定位臺1位于所述的傳送帶203上，因此所述的傳送帶203的運動實現對推入式定位臺1的運輸。所述的軸承202均勻分布在兩個牽引件201之間，起到對傳送帶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1和干燥室4之間，負責完成待噴涂網面的噴涂作業。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、紅外發射識別裝置304和廢液回收器305，所述紅外發射識別裝置304設置在所述的殼體301入口和出口處，連接高壓噴頭開關，當紅外發射識別裝置304檢測到推入式定位臺1載著待噴涂網面進入或離開高壓噴涂室3的殼體301后，高壓噴頭開關自動啟動或關閉，高壓噴頭302開始或結束噴涂工作。所述殼體301的下方設置有廢液回收器305，用于接收噴涂過程中產生的噴涂廢液以及清洗過程中產生的清洗廢液。所述高壓噴頭302固定在所述殼體301頂部，所述高壓噴頭302連接有二級原料罐6和空氣壓縮泵8。所述的廢液回收器305采用導流器，所述廢液回收器305中設置有擾流棒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，有效保護工作環境。

所述的高壓噴頭302具有一個以上，并排設置的所述殼體301上方，利于快速更換故障噴頭保證整套設備的高效運行。

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和熱風鼓風機402，所述熱風鼓風機402位于干燥室的腔室401上方，所述熱風鼓風機402為所述腔室401提供65℃的干燥熱風。

應用所述的具有仿生蜘蛛絲結構的集水網面的連續化制備裝置，進行集水網面的連續化制備，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)倒入一級原料罐5與清洗原液罐7中，之后向一級原料罐5加入2.5公斤PVDF(聚偏氟乙烯)粉末，啟動多級槳葉攪拌器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，打開一級原料罐5出口的閥門A501將懸濁液引入二級原料罐6，啟動多級槳葉攪拌器B602攪拌均勻,待用。

打開空氣壓縮泵8，調整至工作壓力60MPa，待用。

打開熱風鼓風機402，控制干燥室4的腔室401內的氣流流速為0.5m/s，控制熱風鼓風機402出口氣體溫度至65℃，并利用熱風流預熱腔室401至與氣流溫度一致。

第二步，啟動運輸導軌2，控制運輸速度至0.15～0.2m/s，將待噴涂網面固定于推入式定位臺1，啟動推入式定位臺1的推入電機將網框推入運輸導軌2。

第三步，打開閥門C601，將懸濁液引入高壓噴頭302；當待噴涂網面進入殼體301內部時，殼體301入口的紅外發射識別裝置304發射的紅外信號被網框阻斷，高壓噴頭302自動啟動開始工作，對待噴涂網面進行完整的噴涂。當噴涂結束并且推入式定位臺1離開殼體1后，高壓噴頭302停止工作。未附著到待噴涂網面上的原液霧滴進入廢液回收器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，同時提供液滴吸附點位。

第四步，推入式定位臺1離開殼體1之后由運輸導軌2轉移至干燥室4。此時運輸導軌2的速度降低為0.1m/s，目的在于充分干燥噴涂后的網面，并且使得節點結構更為穩定。

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

第六步，清洗處理。

由于懸濁液在溶劑揮發之后會形成固體，導致管道與高壓噴頭302堵塞，因此停止制備裝置的工作前關閉閥門A501，打開閥門B701，將清洗原液罐7內的清洗液導入二級原料罐6中并注滿，然后關閉閥門B701，打開高壓噴頭302，并使其處于工作狀態，將二級原料罐6內的所有清洗液噴完，重復5遍。

本發明提供的具有仿生蜘蛛絲結構的集水網面的連續化制備裝置，能夠大批量高效率地制備結構均勻的仿生集水網面，具有極高的實際應用價值。

對于本領域技術人員而言，本發明顯然不限于上述優選實施例的細節，在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明的目的。因此，無論從哪個角度出發，均應將上述優選實施例看作是示范性，而不具有唯一性的性質。

此外，雖然本說明書按照優選實施例的實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚理解本發明的技術方案，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，優選實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。