本发明涉及蒸发器改性，具体涉及一种亲水性分子蒸发器、分子蒸发器的表面改性方法及应用。
背景技术：
1、随着工业化和科技进步的不断发展，高效、精准的混合物分离技术在多个领域显得尤为重要，尤其是针对复杂多相多组分体系的处理。传统分离方法在处理这类混合物时，往往面临效率低、能耗高、成本大以及分离效果不理想等挑战。因此，探索并开发新型高效的分离技术成为当前研究的热点。
2、超浸润膜分离技术，作为一种基于膜材料表面特殊浸润特性的分离方法，主要用于分离液液混合物和液固混合物。该技术通过设计和制造具有超亲水性的膜材料，实现对不同相组分的选择性渗透和分离。其具体的工作原理主要依赖于膜表面的特殊浸润性，即超亲水性。膜材料表面的浸润性决定了液体在膜表面的铺展和渗透行为，对于超亲水膜：其对水具有很强的吸附能力，能够选择性地让水相通过，而排斥油相。
3、超浸润膜分离作为一种近年来发展起来的新兴技术，具有高选择、高效分离、低能耗和分离过程简单等特点。因此，该技术在多个领域具有广泛应用：包括(1)油水分离：用于处理工业废水、油田含油污水以及海上溢油事故中的油水分离。(2)食品加工：用于分离和提纯食品添加剂、饮料中的不同成分等。(3)环境保护：用于分离和去除水中的有机污染物、重金属离子等。(4)医药：用于药物分离和纯化、生物制品的提取等。然而，目前超浸润膜分离仍存在一些技术挑战，如针对具体工业中不同的分离需求，需要开发具有高稳定性和高选择性的膜材料；在实际分离过程中，会有膜污染和堵塞问题，因此，如何解决分离膜有效的清洗和维护，是亟需解决的技术问题；另外，分离膜在长时间使用中，如何保持其特殊浸润性能和结构完整性，也是需考虑的关键问题。
4、超亲液现象是液体在固体表面上的超铺展行为，通常用接触角来表征。接触角接近0°的表面称为超亲液表面。超亲液表面可通过改变表面的化学组成和微结构来获得。具体获取超亲液表面的方法有(1)表面涂层：在材料表面涂覆一层具有特定浸润性的化学物质，如亲水聚合物涂层、高表面能物质等；(2)化学处理：通过化学反应在表面引入特定的亲水基团，如羟基、羧基等，以改变表面的浸润性。(3)自组装单分子层(sams)：在表面形成单分子层，通过分子链的物理或化学性质来控制表面的亲水性。(4)表面粗糙化：通过机械加工、激光处理或纳米结构构建等方法增加表面的粗糙度，从而改变其浸润性。(5)等离子体处理：利用等离子体刻蚀或沉积技术在表面引入特定的物理或化学特性等方法。超亲液表面处理目前已在环境工程、生物医学、能源等领域发挥广泛的应用。
5、分子蒸馏技术，作为一种高效分离和纯化热敏性物质或具有高沸点物质的蒸馏方法。它是基于分子运动学原理，在极低的压力(高真空)条件下，利用不同物质分子的平均自由程差异来实现分离。在分子蒸馏过程中，通过刮板将被分离物料在蒸发面摊开，加快物料中轻组分的蒸发。蒸发的气体遇到冷凝管，随后被冷凝回收，从而实现蒸发和冷凝的快速分离。通过控制温度、压力和冷凝距离，可以实现不同物质的分离。目前，分子蒸馏技术凭借其高效、低温、精确的分离能力，已广泛应用于精细化工、医药、食品工业和石油化工等领域。
6、然而，在多数实际工业分离过程中，涉及到的分离体系往往是多相多组分复杂体系，传统分子蒸馏器在处理多相多组分混合液体时，常因油相和水相在蒸发面上难以均匀铺展而导致蒸发效率低、分离成本高等问题。
7、另外，目前分子蒸馏器存在液体分配装置难以完善，很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆盖；液体流动时常发生翻滚现象，所产生的雾沫也常溅到冷凝面上等问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种亲水性分子蒸发器、分子蒸发器的表面改性方法及应用，以解决传统分子蒸发器在处理多相多组分混合液体时，因油相和水相在蒸发面上难以均匀铺展而导致蒸发效率低、分离成本高等问题，还可以解决分子蒸馏过程中液体分配装置难以完善，液膜难以均匀覆盖，液体流动时常发生翻滚等问题。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种亲水性分子蒸发器，包括分子蒸发器和复合在分子蒸发器的蒸发面上的经过修饰的钢网；
4、所述修饰的钢网为经过亲水聚合物网络修饰的钢网。
5、本发明还提供一种分子蒸发器的表面改性方法，包括以下步骤：
6、s1、在分子蒸发器的蒸发面复合钢网，并对钢网表面进行处理，使得钢网表面产生羟基，得到复合分子蒸发器；
7、s2、将复合分子蒸发器的蒸发面置于含有硅烷偶联剂的甲醇溶液中浸泡，得到双键修饰的分子蒸发器；
8、s3、将双键修饰的分子蒸发器的蒸发面置于含有亲水性单体、溶剂和引发剂的混合溶液中，加热反应，得到蒸发面改性的亲水性分子蒸发器。
9、根据上述技术手段，通过在分子蒸发器的蒸发面复合钢网，有效增大了蒸发面的表面粗糙度和比表面积，然后将复合分子蒸发器的蒸发面置于硅烷偶联剂中，以形成双键修饰的分子蒸发器，界面上修饰的双键作为自由基聚合物反应的锚点，便于将聚合物网络修饰在界面上，再将双键修饰的分子蒸发器置于亲水性单体和引发剂的单体中，在加热条件下，即可在蒸发面表面形成亲水性的聚合物，从而使得改性后的分子蒸发器的蒸发面具备亲水性能。因此，将本发明改性后的亲水性分子蒸发器，用于双相多组分混合液体的分子蒸馏过程中时，蒸发面可以起到预分离的作用，油水体系进入蒸发面，水相选择性的浸润蒸发面，同时另一相液体可以快速在蒸发面滑落，该过程可实现油水两相的预分离；同时，蒸发面的超亲液特点可以增强分离过程中水溶液在蒸发面的铺展稳定性并促进其均匀覆盖；另外，粗糙结构进一步增大了蒸发面的比表面积，增大了分离过程中液膜的作用范围，从而协同作用，有效提高了分子蒸馏器的分离效率，解决了传统分子蒸发器在处理多相多组分混合液体时，因油相和水相在蒸发面上难以均匀铺展而导致蒸发效率低、分离成本高等问题。
10、本发明的分子蒸发器的表面改性方法，通过将超浸润膜分离技术和分子蒸馏结合，超浸润膜可通过合理调控浸润性使分离膜超亲水疏油，因此，超浸润膜的复合可以让分子蒸馏器在处理多相液体时起到油水预分离的作用，极大的改良原有分离方法对多相多组分液体的分离效果，同时解决了超浸润膜在分离过程中，易存在膜污染和堵塞的问题，以及能有效保证膜的浸润稳定性和结构完整性。超亲液表面可以使液膜在蒸发表面稳定附着，具有同时具备防污、防冰和大比表面积等优点。因此，将超亲液表面处理技术和分子蒸馏结合，有望改良分子蒸馏器的分离效率，为解决实际应用中的各种问题提供了有效的手段，具有广阔的应用前景和研究价值。
11、优选的，所述s2中，硅烷偶联剂选自3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷、4-(甲基丙烯酰氧)丁基三甲氧基硅烷和4-(甲基丙烯酰氧)丁基三乙氧基硅烷中的至少一种。
12、优选的，所述s3中，所述亲水性单体选自(2一甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱)、(甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱)、(羧酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯)、(丙烯酸)、(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、(丙烯酰胺)和(甲基丙烯酸羟乙酯)中的至少一种。
13、优选的，所述s3中，溶剂选自水、二甲基亚砜、四氢呋喃、n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、乙腈、丙酮、甲醇、乙醇、乙醚和苯甲醚中的至少一种。
14、优选的，所述s3中，引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰和过氧化十二酰中的至少一种。
15、优选的，所述s1中，采用焊接方式将钢网复合在分子蒸发器的蒸发面上。
16、优选的，所述s1中，钢网选自不锈钢网。
17、优选的，所述s1中，在空气条件下，采用直喷表面等离子处理机对钢网表面进行处理，使得钢网表面产生羟基。
18、优选的，所述s2中，甲醇溶液中硅烷偶联剂的体积百分含量为3％～15％。
19、优选的，所述s2中，浸泡为室温密封浸泡。
20、优选的，所述s2中，浸泡的时间为8h～72h。
21、优选的，所述s2中，浸泡的时间为24h。
22、优选的，所述s3中，混合溶液中亲水性单体的质量百分含量为5％～40％，引发剂占亲水性单体的质量百分含量为0.5％～3％。
23、优选的，所述s3中，混合溶液中亲水性单体的质量百分含量为10％，引发剂占亲水性单体的质量百分含量为1％。
24、优选的，所述s3中，加热反应为在密封条件下反应。
25、优选的，所述s3中，加热反应的温度为60℃～100℃。
26、优选的，所述s3中，加热反应的温度为80℃。
27、优选的，所述s3中，加热反应的时间为6h～24h。
28、优选的，所述s3中，加热反应的时间为8h。
29、本发明还提供一种分子蒸发器的表面改性方法，包括：
30、步骤1)、对钢网表面进行处理，使得钢网表面产生羟基，得到改性钢网；
31、步骤2)、将改性钢网置于含有硅烷偶联剂的甲醇溶液中浸泡，得到双键修饰的钢网；
32、步骤3)、将双键修饰的钢网置于含有亲水性单体、溶剂和引发剂的混合溶液中，加热反应，得到经过亲水聚合物网络修饰的钢网；
33、步骤4)、将亲水聚合物网络修饰的钢网复合在分子蒸发器上，得到蒸发面改性的亲水性分子蒸发器。
34、根据上述技术手段，通过将分子蒸发器的蒸发面与亲水聚合物修饰的不锈钢网复合，不锈钢网为蒸发面提供了微米级的凹陷粗糙结构，该凹陷的粗糙结构一方面可减弱刮板对蒸发面的机械损伤，延长其使用寿命，另一方面，凹陷的粗糙结构增大了蒸发面的比表面积，增大了分离过程中液膜的作用范围，提高分离效率；同时，超亲水聚合物网络修饰能够增强水溶液在蒸发面的浸润性，可加强分离过程中水溶液在蒸发面的铺展稳定性并促进其均匀覆盖，解决分子蒸馏过程中液体分配装置难以完善，液膜难以均匀覆盖，液体流动时常发生翻滚等问题，进一步提高分离效率。
35、优选的，所述步骤1)中，包括：将钢网依次经酸溶液和碱溶液浸泡，然后用水清洗，氮气干燥，氧气等离子体处理，使得钢网表面产生羟基，得到改性钢网。
36、优选的，酸溶液选自质量浓度为0.1％的硝酸溶液。
37、优选的，碱溶液选自质量浓度为0.1％的氢氧化钠溶液。
38、优选的，所述步骤1)中，钢网为不锈钢网。
39、优选的，不锈钢网的粗糙度为600目、800目、1000目、1250目或者2300目。
40、优选的，和/或，所述步骤2)中，甲醇溶液中硅烷偶联剂的体积百分含量为1％～10％。
41、优选的，所述步骤2)中，浸泡的时间为24h。
42、优选的，所述步骤3)中，亲水性单体选自(2一甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱)、(甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱)、(羧酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯)、(丙烯酸)、(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、(丙烯酰胺)和(甲基丙烯酸羟乙酯)中的至少一种。
43、优选的，所述步骤3)中，溶剂选自水、二甲基亚砜、四氢呋喃、n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、乙腈、丙酮、甲醇、乙醇、乙醚和苯甲醚中的至少一种。
44、优选的，所述步骤3)中，引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰和过氧化十二酰中的至少一种。
45、优选的，所述步骤3)中，混合溶液中亲水性单体的质量百分含量为5％～40％，引发剂占亲水性单体的质量百分含量为0.5％～3％。
46、优选的，所述步骤3)中，混合溶液中亲水性单体的质量百分含量为10％，引发剂占亲水性单体的质量百分含量为1％。
47、优选的，所述步骤3)中，加热反应为在密封条件下反应。
48、优选的，所述步骤3)中，加热反应的温度为60℃～100℃。
49、优选的，所述步骤3)中，加热反应的温度为80℃。
50、优选的，所述步骤3)中，加热反应的时间为6h～24h。
51、优选的，所述步骤3)中，加热反应的时间为8h。
52、优选的，所述步骤4)中，采用焊接方式将亲水聚合物网络修饰的钢网复合在分子蒸发器的蒸发面上。
53、本发明还提供一种采用本发明所述的表面改性方法制得的亲水性分子蒸发器在分子蒸馏油水多组分混合液体中的应用。
54、本发明的有益效果：
55、本发明的亲水性分子蒸发器的表面改性方法，通过在分子蒸发器的蒸发面复合钢网，有效增大了蒸发面的表面粗糙度和比表面积，然后将复合分子蒸发器的蒸发面置于硅烷偶联剂中，以形成双键修饰的分子蒸发器，双键可作为自由基聚合反应的锚点，便于将聚合物网络修饰在界面上，再将双键修饰的分子蒸发器置于亲水性单体和引发剂的单体中，在加热条件下，即可在蒸发面表面形成亲水性的聚合物，从而使得改性后的分子蒸发器的蒸发面具备亲水性能，且具有改性方法简单易行、成本低和无污染的优点。
56、本发明的表面改性方法制得的亲水性分子蒸发器，用于双相多组分混合液体的分子蒸馏过程中时，蒸发面可以起到预分离的作用，油水体系进入蒸发面，水相选择性的浸润蒸发面，同时另一相液体可以快速在蒸发面滑落，该过程可实现油水两相的预分离；同时，蒸发面的超亲液特点可以增强分离过程中水溶液在蒸发面的铺展稳定性并促进其均匀覆盖；另外，粗糙结构进一步增大了蒸发面的比表面积，增大了分离过程中液膜的作用范围，从而协同作用，有效提高了分子蒸馏器的分离效率。
57、本发明的表面改性方法，通过将分子蒸发器的蒸发面与亲水聚合物修饰的不锈钢网复合，不锈钢网为蒸发面提供了微米级的凹陷粗糙结构，该凹陷的粗糙结构一方面可减弱刮板对蒸发面的机械损伤，延长其使用寿命，另一方面，凹陷的粗糙结构增大了蒸发面的比表面积，增大了分离过程中液膜的作用范围，提高分离效率；同时，超亲水聚合物网络修饰能够增强水溶液在蒸发面的浸润性，可加强分离过程中水溶液在蒸发面的铺展稳定性并促进其均匀覆盖，解决分子蒸馏过程中液体分配装置难以完善，液膜难以均匀覆盖，液体流动时常发生翻滚等问题，进一步提高分离效率，在蒸发器改性技术领域，具有推广应用价值。
1.一种亲水性分子蒸发器，其特征在于，包括分子蒸发器和复合在分子蒸发器的蒸发面上的经过修饰的钢网；
2.一种分子蒸发器的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的分子蒸发器的表面改性方法，其特征在于，所述s2中，硅烷偶联剂选自3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、3-（甲基丙烯酰氧）丙基三乙氧基硅烷、4-（甲基丙烯酰氧）丁基三甲氧基硅烷和4-（甲基丙烯酰氧）丁基三乙氧基硅烷中的至少一种；
4.根据权利要求2所述的分子蒸发器的表面改性方法，其特征在于，所述s1中，采用焊接方式将钢网复合在分子蒸发器的蒸发面上；
5.根据权利要求2所述的分子蒸发器的表面改性方法，其特征在于，所述s2中，甲醇溶液中硅烷偶联剂的体积百分含量为3%~15%；
6.一种分子蒸发器的表面改性方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的分子蒸发器的表面改性方法，其特征在于，所述步骤1）中，包括：将钢网依次经酸溶液和碱溶液浸泡，然后用水清洗，氮气干燥，氧气等离子体处理，使得钢网表面产生羟基，得到改性钢网；
8.根据权利要求6所述的分子蒸发器的表面改性方法，其特征在于，所述步骤2）中，硅烷偶联剂选自3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、3-（甲基丙烯酰氧）丙基三乙氧基硅烷、4-（甲基丙烯酰氧）丁基三甲氧基硅烷和4-（甲基丙烯酰氧）丁基三乙氧基硅烷中的至少一种；
9.根据权利要求6所述的分子蒸发器的表面改性方法，其特征在于，所述步骤4）中，采用焊接方式将亲水聚合物网络修饰的钢网复合在分子蒸发器的蒸发面上。
10.一种采用如权利要求2至权利要求9任一项所述的表面改性方法制得的亲水性分子蒸发器的应用，其特征在于，所述亲水性分子蒸发器在分子蒸馏油水多组分混合液体中的应用。
