CN112121470B - 一种含氟废弃物的预分离方法及金刚石基分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含氟废弃物的预分离方法及金刚石基分离装置，含氟废弃物的预分离方法采用金刚石基分离装置对所述含氟废弃物进行预分离，所述预分离方法包括如下步骤：（1）调节所述含氟废弃物的pH值为7‑8，得待分离物；（2）向所述分离微通道中加入载液，并将所述待分离物加入所述分离芯片的分离微通道中，开启电源，在所述分离微通道的两端部之间产生电势差，驱动所述待分离物中的不同组分以不同的速度在所述载液中移动实现分离；（3）对移动至所述分离微通道的出口处的物质进行收集或进行进一步检测。本发明的含氟废弃物的预分离方法，能够有效将成分复杂的含氟废弃物预分离为几组成分相对简单的混合物。

Description

一种含氟废弃物的预分离方法及金刚石基分离装置

技术领域

本发明属于物质分离技术领域，具体涉及一种含氟废弃物的预分离方法以及该方法所采用的分离装置。

背景技术

氟及氟碳化合物，由于特殊的氟碳键的电负性，在宏观及微观领域有很多特殊的应用。如全氟有机化合物，其化学性质稳定，能耐很多极限条件，可以广泛应用于化工、涂料等领域。但同时因为氟及氟碳化合物的化学性能稳定，在自然界的半衰周期长，其所引起的环境污染问题已经被广泛关注，主要为不可降解的环境污染。所以在全氟有机化合物的制备中，使用、回收是人们日益关注的重大问题。

由于氟化反应的选择性较差，反应的副产物多，副产物种类性质相近，且含有氟气、氟化氢等，所以要对氟化反应的副产废弃物进行充分利用和回收处理，就需要分析副产废弃物，确定其种类、含量、结构等。

然而，氟化物尤其是全氟化合物性质相近，极性较小，分离特别困难。如常规的氟利昂R11、R22的分离，要达到药典规定的分离度大于1.5的要求，气相色谱柱在大于200℃的条件下，需要100-200m的长度，色谱柱理论塔板数10-20万/m，其分离的理论塔板数已经达到千万级别了。若采用普通的10m精馏塔分离效果的3-5个理论塔板数来算，达到相应分离度，其精馏塔塔高达到亿米级别，根本无法实现。

此外，这类副产废弃物因含有氟气、氟化氢及不稳定酰氟，渗透性强，化学活性较大，对分析设备的腐蚀非常严重，对分析设备材质的要求较高。

综上，对氟化反应的副产物进行回收利用具有至少两方面难点：1.副产物性质相近、极性较小，分离特别困难；2.副产物对分析设备的腐蚀严重。本领域亟需提供有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种含氟废弃物的预分离方法，该方法能够高效地将含氟废弃物进行预分离为几组混合物，以方便后续的进一步检测或回收利用。

本发明同时还提供一种金刚石基分离装置，其可以用于含氟废弃物的高效预分离或其他混合物的分离。

为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：

一种含氟废弃物的预分离方法，采用金刚石基分离装置对含氟废弃物进行预分离，所述预分离用于将含氟废弃物分离成多组混合物；金刚石基分离装置包括分离芯片，分离芯片包括下片和与下片相键合的上片，上片包括硅片基体，下片包括光敏微晶玻璃基体，光敏微晶玻璃基体上开设有分离微通道，分离微通道的内壁表面形成有金刚石涂层，金刚石基分离装置还包括设置在光敏微晶玻璃基体上的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别用以连接电源的正负极，用于在分离微通道内形成电势差；

所述预分离方法包括如下步骤：

（1）调节含氟废弃物的pH值为7-8，得待分离物；

（2）向分离微通道中加入载液，并将待分离物加入分离芯片的分离微通道中，开启电源，在分离微通道的两端部之间产生电势差，控制电场强度，驱动待分离物中的不同组分以不同的速度在载液中移动实现分离；

（3）对移动至分离微通道的出口处的物质进行收集或进行进一步检测。

进一步地，所述分离微通道的宽度通常为10-200μm、深度通常为10-200μm，长度为1-100cm。在一些具体实施方式中，所述分离微通道的长度为5-50cm，进一步地，在一些具体实施方式中，所述分离微通道的长度为8-30cm。

进一步地，步骤（1）中，加入碱或碱性水溶液来调节pH值。

根据本发明的一些优选实施方面，待分离物的制备具体包括如下步骤：在搅拌条件下，向含氟废弃物中加入碱液调节溶液的pH值为7-8，之后将溶液静置并分液，过滤，得到的水层为待分离物。通过加入碱对含氟废弃物进行处理，含氟废弃物转化为带有羧基的含氟物质，便于通过本发明电泳的方式对物质进行分离得以实现。

具体的，在一些实施例中，待分离物制备的步骤为：在约200r/min的搅拌条件下，将约1mol/L的碳酸钾溶液滴入含氟废弃物中进行中和，控制滴速10-20滴/min，调节混合溶液中性到微碱性，pH值7-8，之后静置并分液，过滤，取水层为待分离物。

进一步地，步骤（2）中，载液可以为磷酸氢二铵缓冲水溶液、磷酸氢铵缓冲水溶液、或者磷酸氢二铵与磷酸氢铵的混合缓冲水溶液。优选地，载液的pH为8.0~8.8。

进一步地，所述分离芯片的分离微通道内壁的金刚石涂层可以是未经改性的金刚石涂层或经过表面氟化处理的改性金刚石涂层。通过氟化处理和氟化度的选择，可以使得分离微通道内壁上的金刚石涂层表面梯度氟化，以达到更好的分离效果；而在分离强腐蚀的物质时，可以设置全部区域为100%氟化，无梯度。氟化处理具体可以采用阻挡介质放电的方法进行，氟化处理的参数为：放电气压0.2-1kPa，工作功率200-500W，工作气体为四氟化碳。采用阻挡介质放电的方式，可以根据电极的形状，形成点状区域放电。根据放电的时间，积累表面氟化的效果。

根据本发明的一个优选方面，步骤（2）在室温下（10~35℃）进行，并优选控制第一电极和第二电极之间的电场强度为100-1000V/cm。在一些具体且优选的实施方式中，控制第一电极和第二电极之间的电场强度为300-700V/cm。值得说明的是，虽然优选在室温下进行，但是在其他温度下进行也是可以的。

根据本发明的又一优选方面，所采用的分离芯片包括如下特征：

光敏微晶玻璃基体靠近硅片基体的一面上开设有第一进液通道、主通道、微泵腔体、第一电极槽、第二电极槽、第二进液通道，其中：

第一进液通道、主通道的一端部分别与微泵腔体连接，另一端部分别形成进液口和出液口；第一电极槽、第二电极槽和第二进液通道分别与主通道连通；

在第一进液通道、主通道、所述第二进液通道以及微泵腔体的内壁表面分别依次形成有第一硅过渡层和第一金刚石层，其中，微泵腔体内的第一金刚石层外还进一步依次形成有第二硅过渡层和第二金刚石层，且微泵腔体的侧壁上的第一硅过渡层、第一金刚石层、第二硅过渡层在与第一进液通道连接的位置均形成进液孔，且第二金刚石层在与进液孔相邻的位置断开，而形成一端部为自由端的第一膜片，该第一膜片构成第一单向进液阀，用于控制第一进液通道内的液体向微泵腔体内的输送；微泵腔体侧壁上的第一硅过渡层、第二硅过渡层、第二金刚石层在与主通道连接的位置均形成出液孔，且第一金刚石层在与出液孔相邻的位置断开，而形成又一端部为自由端的第二膜片，该第二膜片构成第二单向出液阀，用于控制微泵腔体内的液体向主通道的输送；

第一电极、第二电极分别包括形成于第一电极槽和第二电极槽内的电极主体；分离微通道由位于第一电极槽和第二电极槽之间的主通道构成；

上片还包括设置于硅片基体的远离光敏微晶玻璃基体的一面上的金刚石振动膜，金刚石振动膜能够上下振动而相应远离或插入微泵腔体的内部，从而控制微泵腔体内液体的流入或流出；

分离芯片还包括用于控制金刚石振动膜上下振动的控制结构，控制结构包括设于金刚石振动膜上的用于生成磁场的螺旋线圈，以及位于微泵腔体下方的磁体。

优选地，第一进液通道、第二进液通道、主通道的深度分别为10-200μm，宽度分别为10-200μm。进一步优选地，第一进液通道、第二进液通道、主通道的宽度分别为40-150μm，更进一步优选为50-100μm。

优选地，微泵腔体的直径为50-1000μm，微泵腔体的深度为200-2000μm。

优选地，第一电极槽、第二电极槽的宽度分别为10-500μm，深度分别为10-100μm。优选地，第一电极槽、第二电极槽的深度均小于主通道的深度。

优选地，光敏微晶玻璃基体的远离硅片基体的一面设置有容纳腔，磁体收容于容纳腔内。进一步优选地，容纳腔直径为50-1000μm、深度为200-2000μm。

优选地，第一硅过渡层、第二硅过渡层分别是采用磁控溅射工艺制备且厚度分别为3-5μm。

优选地，第一金刚石层、第二金刚石层分别采用热丝等离子化学气相沉积工艺制备，厚度分别为0.1-10μm。

优选地，金刚石振动膜的厚度为2nm-200μm。进一步地，金刚石振动膜可以为平面片状、弧形片状、球形、波浪形、不规则菱形面等，可以具备一定的松弛度以方便产生振动。金刚石振动膜的厚度进一步优选为0.5μm-200μm，更进一步优选为1~100μm，进一步优选为5~50μm。

优选地，上片上的金刚石振动膜的尺寸与下片上的微泵腔体的尺寸对应。

优选地，第一电极主体和第二电极主体分别是掺硼金刚石材料。

优选地，螺旋线圈的单线宽度为20~200μm，厚度为20~200μm，线间距为20~100μm，螺旋线圈采用掺硼金刚石或铜、银、铜银合金来实现导电。

进一步地，螺旋线圈可以为如下三种形式中的一种：

a）螺旋线圈包含通过磁控溅射工艺形成的过渡层、通过磁控溅射工艺在过渡层上形成的导电层和通过磁控溅射工艺在导电层上形成的二氧化硅绝缘层，过渡层的材料选自钛、钨、钽、钒，导电层的材料选自铜、银或铜银合金；

b）所述螺旋线圈包括通过离子注入工艺在所述金刚石振动膜上原位注入硼形成的掺硼金刚石，和通过磁控溅射工艺在所述掺硼金刚石上形成的二氧化硅绝缘层；

c）螺旋线圈包括通过丝网印刷工艺形成的导电层和通过磁控溅射工艺在导电层上形成的二氧化硅绝缘层，导电层的材料选自铜、银或铜银合金，即丝网印刷时采用铜浆、银浆或铜和银的合金浆液。

根据本发明的优选实施方案，步骤（2）中，将载液从第一进液通道的进液口通入，将待分离物注射进第二进液通道；

通过控制通入螺旋线圈中的电流，使其产生的磁场的磁极方向与磁体的方向相同或相反，以驱动金刚石振动膜进行向下或向上振动，从而驱动载液的流动。

在一些具体实施方式中，螺旋线圈连接的电源优选为交流正弦波，电流范围：1-1000mA，频率范围0.01-400Hz。

根据本发明的优选方面，所述预分离能够将包含20~30种成分的含氟废弃物分离成5~15组混合物。在一些实施方式中，所述预分离能够将包含20~30种成分的含氟废弃物分离成6~10组混合物。这样分离后的每组混合物，成分显著简化，可以较好地利用已知的相应检测方法完成检测，从而实现分离检测目的。

根据本发明，所述硅片基体的材料优选为硅单晶，单晶纯度优选为大于99.9999%，其外形尺寸与下片对等。

本发明中的预分离是指将成分较为复杂的废弃物预先分离为种类较少、成分较简单的多组能够区分开的混合物，与传统的将废弃物中的每个组分完全分离开来是不同的。因为含氟废弃物包含的成分复杂，多达十几种或几十种，如背景技术中所描述的，采用传统的分离方法需要很长长度的色谱柱或精馏塔，无法实现。通过上述的预分离方法可以对所述含氟废弃物进行预分离，得到几组混合物之后，可以选择地继续对不同组的混合物进行进一步的常规检测分析手段如GC-MS、核磁共振及红外光谱等，确定每组混合物包含的成分。

在根据本发明的一些具体实施方式中，所述含氟废弃物是含有全氟庚酸、全氟4-亚甲基己酸、顺式结构的3-三氟甲基环戊酸、反式结构的3-三氟甲基环戊酸、顺式结构的2-三氟甲基环戊酸、反式结构的2-三氟甲基环戊酸、全氟环己酸的废弃物。采取本发明预分离方法可以将该氟废弃物中全氟庚酸、全氟4-亚甲基己酸、顺式结构的3-三氟甲基环戊酸、反式结构的3-三氟甲基环戊酸、顺式结构的2-三氟甲基环戊酸、反式结构的2-三氟甲基环戊酸、全氟环己酸分离开。

本发明还涉及如上所述的金刚石基分离装置，其除了可用于上述的含氟废弃物的预分离外，也可以应用在其他混合物的分离中。该金刚石基分离装置有机结合电泳原理、微流控芯片设计和金刚石涂层技术，特别适于含氟废弃物的预分离，其中，通过设置第一电极和第二电极形成电势差，控制电场强度，采用电泳的原理进行物质的分离；结合特定尺寸的分离微通道，使得分离微通道内的液体在电泳过程中不会发生扰动，只有层流，保证预分离的有效性；结合分离微通道内壁的金刚石涂层，并控制金刚石涂层表面的亲水性等表面性质，使得废弃物中的不同物质在电泳时候的流动速度不同，到达分离微通道出口处的时间有差别，从而将极性相差较小的不同物质分离开来，达到分离的效果，克服了传统的分离方法需要很长长度的色谱柱或精馏塔的缺点；设置金刚石涂层，避免了分离装置的基体对分离检测产生的影响，并避免了氟化物对分离装置的腐蚀；分离装置能够重复使用，且分离装置本身的制造成本低，进一步降低了分离检测的费用；分离装置检测时所需要的试样少，适用范围更广；分离装置自身体积小，方便与其他的设备如后续的检测设备进行集成；通道内设有金刚石涂层，方便修饰，如进行氟修饰，以更好地进行物质的分离。

本发明进一步提出一种特别适于规模化生产上述的金刚石基分离装置且良品率高的金刚石基分离装置的制备方法。

本发明的金刚石基分离装置的制备方法，主要包括分别制备下片、上片，然后将上下片进行真空键合的步骤，其中：

1）制备下片

以光敏微晶玻璃为基体，在光敏微晶玻璃的其中一面上制备出第一进液通道、主通道、微泵腔体、第一电极槽、第二电极槽和第二进液通道的微结构，在另一面上制备出用于放置磁体的容纳腔，容纳腔对应微泵腔体设置；

在具有微结构的光敏微晶玻璃的一面上制备第一硅过渡层，之后将微结构内壁以外的第一硅过渡层去除，只保留微结构内壁上的第一硅过渡层；

在微结构内壁的第一硅过渡层上制备第一金刚石层；

在微泵腔体内的第一金刚石层外再依次制备形成第二硅过渡层和第二金刚石层；

分别在微泵腔体内的第一硅过渡层、第一金刚石层、第二硅过渡层和第二金刚石层上制备第一进液孔、第二进液孔、第三进液孔和第一膜片，分别在微泵腔体内的第二金刚石层、第二硅过渡层、第一金刚石层和第一硅过渡层上制备第一出液孔、第二出液孔、第二膜片和第三出液孔；

在电极槽中采用离子注入工艺制备第一电极和第二电极的电极主体。

2）制备上片

以硅片为基体，在硅片的其中一面上制备第三金刚石层；

在第三金刚石层远离硅片面的一侧上制备螺旋线圈，螺旋线圈对应微泵腔体设置，螺旋线圈用于与交流正弦波电源连接，生成可控的交变磁场；

将对应微泵腔体区域内的硅片去除，使对应微泵腔体区域内第三金刚石层形成金刚石振动膜。

3）封装

将下片具有微结构的一面与上片的硅片面进行键合，光敏微晶玻璃与硅片贴合，金刚石振动膜位于微泵腔体的上方，磁体放置于容纳腔内。

金刚石基分离装置的制备方法，采用光敏微晶玻璃做基体材料，相关结构加工容易，加工精度高，成本低；采用金刚石做衬底，性能卓越，在降低光敏微晶玻璃结构表面粗糙度同时，提高了检验的抗化学干扰，相关产品分离效果好，同时分析纯度高，可以达到PPT级别；能够达到批量性生产的水平，能够高质量、低成本地生产高纯分析的金刚石基分离装置。

作为本发明的一个优选方面，本发明中所采用的光敏微晶玻璃具有如下特征：

按重量份计，所述光敏微晶玻璃主要由SiO₂、Li₂O和Al₂O₃组成（总质量占比大于等于90%），还可以选择性包含一些其他成分，例如Ag₂O、CuO、CeO₂、SnO₂、Sb₂O₃等。

进一步地，在根据本发明的一些优选方面，光敏微晶玻璃中，SiO₂的质量百分含量为60～85%，Li₂O的质量百分含量为5.5～10%，Al₂O₃的质量百分含量为2～25%。

进一步地，Al₂O₃与Li₂O之间的质量比不小于1.7:1，优选为1.7~2.0：1。

根据一个具体方面，上述的光敏微晶玻璃可采用溶胶凝胶法进行制备，在制备过程中优选加入晶核剂和/或增感剂。在一些具体实施方式中，晶核剂用量为：0.001-0.03%Au(按Au计)，0.001-0.3%Ag(按AgCl计)，0.001-1.0%Cu(按Cu₂O计)。增感剂可以是例如CeO₂（<0.05%）、SnO₂（≤0.02%）以及Sb₂O₃、F、Ce、I等。

根据本发明的一些优选实施方面，所述微泵腔体、电极槽、第一进液通道、第二进液通道、主通道等微结构以及容纳腔为采用掩膜工艺制备，制备参数为：采用200-400nm的紫外光进行辐照，光辐照时间2.5-165min，辐照的功率密度：10-700mw/cm²；热处理温度300-650℃，热处理时间30-300min；酸处理工艺时的参数为：氢氟酸浓度0.1-40%，处理时间2-120min，处理温度10-60℃。制备得到的通道内壁的锥度小于7.4°。

根据本发明的一些优选实施方面，所述第一硅过渡层和第二硅过渡层均采用磁控溅射工艺制备，磁控溅射采用的硅靶材纯度大于98%，优选硅靶纯度大于99.99999%，溅射的参数可以为：溅射功率150-350w，溅射时间10-30min，溅射距离10-30cm，溅射厚度3-5μm。

根据本发明的一些优选实施方面，步骤1）中去除部分第一硅过渡层以及步骤2）中去除振动膜位置对应的硅片均可采用负光刻胶工艺，示例如下：

将负光刻胶采用1000-3000转/s进行旋涂，前烘温度80-120℃，时间10-30min，采用200-300nm的紫外光进行曝光，曝光时间3-10min，曝光功率密度0.1-700mw/cm²；显影液采用1-10%碳酸钠溶液，显影时间30s-30min，显影温度为室温；后烘温度150-230℃，烘烤时间1-3h；蚀刻工艺：蚀刻温度为室温，蚀刻时间10-30min，蚀刻药液中各组分的质量比为硝酸（68%）：氢氟酸（49%）：水=0-1：2-10：10-30；去胶工艺：去胶药水采用1-40wt%氢氧化钠溶液，去胶温度为室温，去胶时间10-30min。

根据本发明的一些优选实施方面，所述下片上的第一金刚石层和第二金刚石层以及所述上片上的第三金刚石层均采用热丝等离子化学气相沉积工艺制备，可采用参数为：热丝功率10-20kW，真空度0.1Pa-10kPa，沉积时间30min-4h，所述第一金刚石层和第二金刚石层的厚度为0.1-10μm，所述第三金刚石层的厚度为2nm-200μm。金刚石层的表面光洁度小于或等于0.5μm。在本发明的一些实施例中，金刚石的种类优选为纳米级等轴金刚石、微米级金刚石、多晶金刚石、类金刚石等。

根据本发明的一些优选实施方面，第一金刚石层上的第二进液孔和第二膜片以及第二金刚石层上的第一膜片和第一出液孔采用激光蚀刻的方法进行制备，控制激光功率10-50mJ，通过控制激光加工的阈值，只加工金刚石层，不损伤硅过渡层；第一硅过渡层上的第一进液孔和第三出液孔以及第二硅过渡层上的第三进液孔和第二出液孔采用化学蚀刻的方法进行制备，并使得膜片端部的金刚石层与硅过渡层浮离以形成单向阀的膜片，化学蚀刻温度为室温，蚀刻时间10-30min，蚀刻药液中各组分的质量比为硝酸（68%）：氢氟酸（49%）：水=0-1：2-10：10-30。

根据本发明的一些优选实施方面，所述第一电极的电极主体和第二电极的电极主体分别为掺硼金刚石材料，通过在第一电极槽、第二电极槽中形成金刚石涂层后，再采用离子注入工艺注入硼制备形成，离子注入工艺的参数例如是：注入电流0.1-30nA，注入能量1-30keV，注入浓度0.1-30×10¹⁷个/cm²。

根据本发明的一些优选实施方面，上片的硅片基体材料为硅单晶，单晶纯度优选为大于99.9999%，其外形尺寸与下片对等。金刚石振动膜的尺寸与下片微泵腔体的尺寸对应；金刚石振动膜可以为平面片状、弧形片状、球形、波浪形、不规则菱形面等，可以具备一定的松弛度以方便产生振动。

根据本发明的一些优选实施方面，所述螺旋线圈为采用如下三种制备方法中的其中一种制备得到：

方法a：在对应于微泵腔体的第三金刚石层的表面，采用磁控溅射工艺制备过渡层，采用磁控溅射工艺在过渡层上制备导电层，再次采用磁控溅射工艺在所述导电层外制备二氧化硅绝缘层；其中过渡层的材质选自钛、钨、钽、钒；导电层采用铜、银或二者组成的合金。形成的导电层的单线宽度例如可以是50μm，厚度例如可以是50μm，间距例如可以是50μm；二氧化硅绝缘层的厚度10-200μm；

方法b：在对应于微泵腔体的第三金刚石层的表面，采用离子注入工艺在所述金刚石振动膜上原位形成掺硼金刚石，通过磁控溅射工艺在所述掺硼金刚石上形成二氧化硅绝缘层；掺硼金刚石的单线宽度例如可以是50μm，间距例如可以是50μm；二氧化硅绝缘层的厚度10-200μm；

方法c：在对应于微泵腔体的第三金刚石层的表面，采用丝网印刷工艺制备导电层，采用磁控溅射工艺在所述导电层上制备二氧化硅绝缘层；所述导电层的材料选自铜、银或铜银合金，即丝网印刷时采用铜浆、银浆或铜和银的合金浆液；二氧化硅绝缘层的厚度10-200μm。

上述方法a、b、c分别对应制备得到前述a）、b）、c）三种形式的螺旋线圈。

根据本发明的一些优选实施方面，所述键合的步骤如下：

将所述下片的光敏微晶玻璃表面以及上片的硅片表面进行抛光：抛光采用的二氧化硅粒度10-200nm，固含量2-3%，抛光压力0.2-30N，抛光时间15-30min，抛光垫为玻璃板垫绒布；抛光后光敏微晶玻璃和硅片的表面粗糙度小于0.2nm；采用氩气、氮气或二氧化碳为保护性气体，在300-500℃、300-1000V电压下，真空度低于20Pa的条件下进行键合，键合时间2-10min。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的含氟废弃物的预分离方法，通过加入碱液对含氟废弃物进行处理，使得含氟废弃物转化为带有羧基的含氟物质，可以通过电泳实现相关物质的移动；结合特定尺寸的分离微通道，使得分离微通道内的液体在电泳过程中不会发生扰动，只有层流，保证预分离的有效性；结合分离微通道内壁的金刚石涂层，并控制金刚石涂层表面的亲水性等表面性质，使得废弃物中的不同物质在电泳时候的流动速度不同，到达分离微通道出口处的时间有差别，从而将极性相差较小的不同物质分离开来，达到高效预分离的效果，克服了传统的分离方法需要很长长度的色谱柱或精馏塔的缺点；设置金刚石涂层，避免了分离装置的基体对分离检测产生的影响，并避免了氟化物对设备的腐蚀；分离装置能够重复使用，且分离装置本身的制造成本可控在相对较低水平，有助于控制分离检测的费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中分离装置下片的结构示意图；

图2为本发明实施例中微阀的结构示意图；

图3为本发明实施例中分离装置的下片的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例中分离装置的上片的结构示意图；

图5为本发明实施例中分离装置的上片的剖面结构示意图；

图6为本发明实施例中形成的第一电极槽的端头部位的实物显微图；

图7为本发明实施例5中的检测结果示意图；

附图中：上片-1，下片-2，第一进液通道-3，主通道-4，微泵腔体-5，第一电极槽-6，第二进液通道-7，第二电极槽-8，容纳腔-9，第一硅过渡层-10，第一金刚石层-11，第二硅过渡层-12，第二金刚石层-13，第一进液孔-14，第二进液孔-15，第三进液孔-16，第一出液孔-17，第二出液孔-18，第三出液孔-19，第一膜片-20，第二膜片-21，螺旋线圈-22，进液通道-23，出液通道-24，光敏微晶玻璃基体-25，硅片基体-26，第三金刚石层-27。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。下述实施例中未作特殊说明，所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。

实施例1 金刚石基分离装置

如图1-6所示，本实施例提供的金刚石基分离装置包括分离芯片，分离芯片具有相键合的上片1和下片2。

下片2以光敏微晶玻璃为基体，光敏微晶玻璃基体25靠近上片1的一面设置有第一进液通道3、主通道4、连通第一进液通道3和主通道4的微泵腔体5、第一电极槽6、第二电极槽8、位于第一电极槽6和第二电极槽8之间的第二进液通道7，第一电极和第二电极后续分别形成在第一电极槽6和第二电极槽8中，第一电极槽6、第二电极槽8和第二进液通道7平行设置，如图1所示。位于第一电极槽6和第二电极槽8之间的主通道4构成分离微通道，待检样品或待分离物质通过第二进液通道7注入分离微通道中。

第一进液通道3、主通道4和第二进液通道7的内壁上具有第一硅过渡层10和第一金刚石层11，第一硅过渡层10位于第一金刚石层11和光敏微晶玻璃基体25之间。主通道4中的第一金刚石层11构成分离微通道中的金刚石涂层。

光敏微晶玻璃基体25远离上片1的一面上设置有用于放置磁体的容纳腔9，容纳腔9对应微泵腔体5设置。本实施例中的磁体为永磁铁。

如图1和2所示，微泵腔体5内的第一金刚石层11外还进一步依次形成有第二硅过渡层12和第二金刚石层13，即微泵腔体5的内壁上依次有第一硅过渡层10、第一金刚石层11、第二硅过渡层12和第二金刚石层13。本实施例中，微泵腔体5的侧壁上的第一硅过渡层10、第一金刚石层11、第二硅过渡层12在与第一进液通道3连接的位置分别形成有第一进液孔14、第二进液孔15和第三进液孔16，且第二金刚石层13在与第三进液孔16相邻的位置断开，而形成一端部为自由端的第一膜片20，第一膜片20构成第一单向进液阀，第一进液孔14、第二进液孔15、第三进液孔16和打开的第一膜片20形成进液通道23，进液通道23与第一进液通道3贯通，用于控制第一进液通道3内的液体向微泵腔体5内的输送。微泵腔体5侧壁上的第一硅过渡层10、第二硅过渡层12、第二金刚石层13在与主通道4连接的位置分别形成第三出液孔19、第二出液孔18和第一出液孔17，且第一金刚石层11在与第二出液孔18相邻的位置断开，而形成又一端部为自由端的第二膜片21，第二膜片21构成第二单向出液阀，第一出液孔17、第二出液孔18、打开的第二膜片21和第三出液孔19形成出液通道24，出液通道24与主通道4贯通，用于控制微泵腔体5内的液体向主通道4的输送。以上即为分离装置中微阀的结构。

上片1以硅片为基体，在硅片基体26远离下片2的一面上制备第三金刚石层27，并在第三金刚石层27远离硅片基体26的一面上制备螺旋线圈22，螺旋线圈22对应微泵腔体5设置，螺旋线圈22用于生成磁场。螺旋线圈22上具有二氧化硅绝缘层。将对应微泵腔体区域内的硅片基体26去除，使该区域内的第三金刚石层27形成振动膜。

下片2具有微结构的一面与上片1的硅片面进行键合后形成本实施例的分离芯片，光敏微晶玻璃基体25与硅片基体26贴合，振动膜位于微泵腔体5的上方，容纳腔9内放置有磁体，磁体位于微泵腔体5的下方。

本实施例的金刚石基分离装置的分离理论塔板数大于30万，能够有效对低极性氟化物进行预分离、提纯、分析等。

以下简述本实施例的金刚石基分离装置的工作过程和工作原理：

通过上述的结构以及结合特定尺寸（10-200μm）的分离微通道和金刚石涂层的表面性质，使得分离微通道内的液体在电泳过程中不会发生扰动，只有层流，保证预分离的有效性，使得废弃物中的不同物质在电泳时候的流动速度不同，到达分离微通道出口处的时间有差别，从而将极性相差较小的不同物质分离开来，达到分离的效果，克服了传统的分离方法需要很长长度的色谱柱或精馏塔的缺点。

使用时，通过在螺旋线圈中通入电流，产生磁场，通过改变通入电流的方向，使得螺旋线圈产生的磁场的磁极方向与容纳腔内放置的永磁铁的方向相同或相反，以带动振动膜运动，形成微泵，配合微泵腔体内的微阀结构，驱动载液的单向流动，进而实现分离装置的清洗、分离功能，且可以重复使用。

具体的，当永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的N极朝向同一方向，如永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的S极相互靠近，异名磁极相互吸引，此时，振动膜下压，微阀结构中的第一膜片关闭，第二膜片打开，微泵腔体内的载液充入主通道。之后将待分离物通过第二进液通道注入分离微通道中，通过第一电极和第二电极之间形成的电势差，驱动待分离物中不同组分在载液中以不同的速度移动，进行分离和检测。

当永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的N极朝向相反的方向，如永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的N极靠近，同名磁极相互排斥，此时，振动膜向上运动，微阀结构中的第二膜片关闭，第一膜片打开，将载液由第一进液通道吸入微泵腔体内。

通过不断改变通入螺旋线圈中的电流方向，带动振动膜不断上下往复运动，配合微泵腔体内的微阀结构，不断驱动载液流动，实现多次的检测或者对分离微通道的清洗。

实施例2 金刚石基分离装置的制备方法

本实施例中金刚石基分离装置的制备方法，具体包括如下步骤：

1）制备下片：

1.1）制备光敏微晶玻璃

按重量份计，本实施例的光敏微晶玻璃包括如下组分：72%的SiO₂、6%的Li₂O、15%Al₂O₃、3%的Ag₂O、3.5%CuO，以及其余为CeO₂和SnO₂。采用溶胶凝胶法进行制备。

1.2）在光敏微晶玻璃上制备微结构

采用掩膜工艺，在光敏微晶玻璃基体上开设包括第一进液通道、第二进液通道、主通道、微泵腔体、第一电极槽、第二电极槽在内的微结构以及容纳腔。

紫外辐照工序参数为：采用371nm的紫外光进行辐照，光辐照时间15min，辐照的功率密度：390mw/cm²；热处理温度400℃，热处理时间120min；酸处理工序参数：氢氟酸浓度5.0%，处理时间20min，处理温度25℃；获得的通道（第一进液通道、第二进液通道和主通道）内壁的锥度4°，通道宽度40μm，通道深度120μm，微泵腔体直径2000μm，微泵腔体深度200μm，电极槽的宽度50μm，电极槽的深度40μm，容纳腔直径为500μm，容纳腔深度1000μm。在制备的一个具体的微结构中，其第一电极槽端头部分的显微图如图6所示。

本实施例中制备的微结构中第一电极槽和第二电极槽之间分离微通道的有效长度为8cm，其他实施例中的长度可以根据实际需求进行调整。

1.3）在微结构的内壁上制备第一硅过渡层

1.3.1）在具有微结构的光敏微晶玻璃的一面上制备第一硅过渡层：采用磁控溅射工艺制备，磁控溅射采用的硅靶材纯度大于98%，如硅靶纯度大于99.99999%，溅射的参数为：溅射功率200w，溅射时间20min，溅射距离12cm，溅射厚度4μm。

1.3.2）将微结构内壁以外的第一硅过渡层去除，保留微结构内壁上的第一硅过渡层

采用负光刻胶工艺，将负光刻胶采用2500转/s进行旋涂，前烘温度85℃，时间20min，211nm的紫外光进行曝光，曝光时间5min，曝光功率密度200mw/cm²；显影液采用5%碳酸钠溶液，显影时间5min，显影温度为室温；后烘温度180℃，烘烤时间1h；蚀刻工艺：蚀刻温度为室温，蚀刻时间15min，蚀刻药液中各组分的质量比为硝酸（68%）：氢氟酸（49%）：水=1：2：10；去胶工艺：去胶药水采用30wt%氢氧化钠溶液，去胶温度为室温，去胶时间20min。

1.4）制备第一金刚石层

在微泵腔体、第一进液通道、第二进液通道和主通道中的第一硅过渡层上制备第一金刚石层：金刚石层采用热丝等离子化学气相沉积工艺制备，参数为：热丝功率15kW，真空度4kPa，沉积时间2h，第一金刚石层的厚度为6μm。在本实施例中，金刚石的种类优选为纳米级金刚石。制备得到的金刚石层的表面光洁度为0.3μm。

1.5）制备第二硅过渡层：再次采用步骤1.3.1）的磁控溅射工艺，在微泵腔体内的第一金刚石层上制备第二硅过渡层。

1.6）制备第二金刚石层：再次采用步骤1.4）热丝等离子化学气相沉积工艺，在第二硅过渡层上制备第二金刚石层；第二金刚石层的厚度为6μm。

1.7）制备微阀

采用激光对第一金刚石层进行蚀刻以形成第二进液孔和第二膜片；采用激光对第二金刚石层进行蚀刻以形成第一膜片和第一出液孔。控制激光功率40mJ，控制激光加工的阈值，只加工金刚石层，不损伤硅过渡层。

采用化学蚀刻方法蚀刻第一硅过渡层以形成第一进液孔和第三出液孔；采用化学蚀刻方法蚀刻第二硅过渡层以形成第三进液孔和第二出液孔，并使得膜片端部的金刚石层与硅过渡层浮离以形成单向阀的膜片，化学蚀刻温度为室温，蚀刻时间20min，蚀刻药液中各组分的质量比为硝酸（68%）：氢氟酸（49%）：水=1：2：10。

微阀的具体结构如实施例1所描述的，如图1和2所示，在此不再赘述。

1.8）制备微电极

向第一电极槽、第二电解槽内的第一金刚石涂层中，采用离子注入工艺注入硼形成金刚石掺硼电极主体，注入工艺参数：注入电流15nA，注入能量25keV，注入浓度20×10¹⁷个/cm²。

1.9）氟化处理

为了得到更好的分离效果，本实施例中对分离微通道内壁的金刚石涂层的表面采用阻挡介质放电的工艺进行氟化处理，参数为：放电气压0.5kPa，工作功率400W，工作气体为四氟化碳。采用阻挡介质放电的方式，可以根据电极的形状，形成点状区域放电。根据放电的时间，积累表面氟化的效果。本实施例中设置全部区域为100%氟化，无梯度。在其他实施例中，可以通过调节相关参数，使得分离微通道内壁的金刚石涂层表面梯度氟化，以达到更好的分离效果。

2）制备上片

2.1）制备第三金刚石层

以硅片为基体，采用如步骤1.4）中的热丝等离子化学气相沉积工艺在硅片的其中一面上制备第三金刚石层，第三金刚石层的厚度为8μm。硅片基体材料为硅单晶，单晶纯度为大于99.9999%，其外形尺寸与下片对等。

2.2）制备螺旋线圈：

螺旋线圈对应微泵腔体设置，螺旋线圈用于生成磁场。

本实施例中螺旋线圈的制备方法如下：

在对应于微泵腔体的第三金刚石层的表面，采用如步骤1.3.1）的磁控溅射工艺制备过渡层，过渡层的材质选自钛、钨、钽、钒。

接着采用如步骤1.3.1）的磁控溅射工艺制备导电层，导电层采用50wt%的铜和50wt%的银组成的合金，导电层的单线宽度50μm，厚度50μm，间距50μm。

接着再次采用如步骤1.3.1）的磁控溅射工艺在导电层外制备二氧化硅绝缘层，绝缘层厚度70μm。

2.3）去除对应螺旋线圈位置的硅片

采用如步骤1.3.2）的负光刻胶工艺将对应微泵腔体区域内的硅片去除，使该区域内的第三金刚石层形成金刚石振动膜。

金刚石振动膜尺寸与下片微泵腔体的尺寸对应；本实施例中金刚石振动膜的外形为部分球面，其具备一定的松弛度以方便产生振动。其他实施例中振动膜的外形可以为平面片状、弧形片状、球形、波浪形、不规则菱形面等。

3）封装

3.1）抛光

将下片的光敏微晶玻璃表面以及上片的硅片表面进行抛光：抛光采用的二氧化硅粒度150nm，固含量2.5%，抛光压力10N，抛光时间15min，抛光垫为玻璃板，垫绒布；抛光后的光敏微晶玻璃表面和硅片表面的表面粗糙度为0.1nm。

3.2）键合

将下片具有硅过渡层和金刚石层的一面与上片的硅片面进行键合，光敏微晶玻璃与硅片贴合，金刚石振动膜位于微泵腔体的上方，磁体位于微泵腔体的下方。

键合时，采用氩气、氮气或二氧化碳为保护性气体，在400℃、800V电压下，真空度15Pa，键合时间8min。

本实施例中制备得到的金刚石基分离装置，其分离度为2.1。

实施例3 金刚石基分离装置的制备方法

本实施例中金刚石基分离装置的制备方法，与实施例2基本相同，不同点在于步骤2.2）制备螺旋线圈的方法上，本实施例中螺旋线圈的制备方法具体如下：

在对应于微泵腔体的第三金刚石层远离硅片的表面，采用如步骤1.8）中的离子注入工艺在第三金刚石层中注入硼以原位形成掺硼金刚石，注入参数可以和步骤1.8）中保持相同。掺硼金刚石的单线宽度50μm，间距50μm。

采用如步骤1.3.1）的磁控溅射工艺在掺硼金刚石的表面制备二氧化硅绝缘层，二氧化硅绝缘层的厚度为150μm。

实施例4 金刚石基分离装置的制备方法

本实施例中金刚石基分离装置的制备方法，与实施例2基本相同，不同点在于本实施例中分离微通道内壁的金刚石涂层没有经过氟化处理，且步骤2.2）螺旋线圈的制备方法也与实施例2不同，本实施例中螺旋线圈的制备方法为：

在对应于微泵腔体的第三金刚石层远离硅片的表面，采用丝网印刷工艺制备导电层，采用如步骤1.3.1）的磁控溅射工艺在导电层上制备二氧化硅绝缘层，绝缘层的厚度为100μm。导电层的材质为银。

实施例5 含氟废弃物的预分离方法

本实施例中含氟废弃物的预分离方法，采用实施例2（分离微通道内壁的金刚石涂层进行了氟化处理）中制备得到的金刚石基分离装置进行预分离，具体包括如下步骤：

1）制备待分离物

取50mL含氟废弃物，在200r/min的搅拌条件下，将1mol/L的碳酸钾溶液滴入含氟废弃物中进行中和，控制滴速10滴/min，调节混合溶液的pH值7-8，之后静置并分液，过滤，取水层为待分离物做进一步的分析。

苯酰氯在液态氟化氢中原位电解氟化，生产十一氟代环己基酰氟，产生低沸点含氟废弃物，其作为本实施例中的含氟废弃物原料，主要含有如下的成分：全氟烷基酰氟、全氟烷烃、全氟醚、全氟烯烃、氟化氢以及溶解的氟气等物质。

2）在主通道内充入载液

通过在螺旋线圈中通入电流，产生磁场，使永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的N极朝向相反的方向，如永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的N极靠近，同名磁极相互排斥，此时，振动膜向上运动，微阀结构中的第二膜片关闭，第一膜片打开，将载液由第一进液通道吸入微泵腔体内。

之后，改变螺旋线圈中通入电流的方向，使永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的N极朝向同一方向，如永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的S极相互靠近，异名磁极相互吸引，此时，振动膜下压，微阀结构中的第一膜片关闭，第二膜片打开，微泵腔体内的载液充入主通道，使主通道内充满载液。

本实施例中的载液为pH值为8.3的磷酸氢二铵缓冲水溶液。

3）预分离

采用注射器或泵将步骤1）中制备得到的待分离物通过第二进液通道注入分离微通道中，之后将第一电极和第二电极分别连接电源的正负极，在室温下进行电泳。第一电极和第二电极之间的电势差（电压）为3200V，即第一电极和第二电极之间的电场强度为400V/cm。电泳时，待分离物中的不同组分以不同的速度在磷酸氢二铵缓冲水溶液中移动，对移动至主通道的出口处的混合物进行收集和检测。

通过设置第一电极和第二电极之间形成电势差，并控制电场强度，驱动由含氟废弃物制备的待分离物中的不同组分在载液内以不同的速度移动，实现对含氟废弃物的高效分离。

通过实施例2中的金刚石基分离装置结合上述方法，经过40min，将步骤1）中的待分离物预分离为七组，结果如图7所示。得到七组混合物的主要成分依次为以全氟庚酸为代表的第一组、以全氟4-亚甲基己酸为代表的第二组、以顺式结构和反式结构的3-三氟甲基环戊酸为代表的第三组和第四组、以顺式结构和反式结构的2-三氟甲基环戊酸为代表的第五组和第六组、以全氟环己酸为代表的第七组，说明采用实施例2制备得到的金刚石基分离装置并结合上述的预分离步骤，能够有效将含氟废弃物进行有效地预分离。后续可以选择结合本领域的常规检测分析手段如GC-MS、核磁共振及红外光谱等，进一步确定每组混合物包含的成分。

图7为在金刚石基分离装置主通道的出口处连接紫外检查器（设备厂商为美国BECKMAN公司）收集的图谱，紫外检查器检测设定的波长为214nm，以对预分离之后的物质进行验证和判断。

一个试样处理完之后，可以重复步骤2）将含有残留待分离物的载液排出，并对主通道进行清洗，进行下一次的检测。分离装置的具体工作工程参看实施例1中的描述，在此不再赘述。

实施例6 含氟废弃物的预分离方法

本实施例中含氟废弃物的预分离方法，为采用实施例4（分离微通道内壁的金刚石涂层未进行氟化处理）中制备得到的金刚石基分离装置进行含氟废弃物的预分离，具体包括如下步骤：

1）制备待分离物

取50mL含氟废弃物，在200r/min的搅拌条件下，将1mol/L的碳酸钾溶液滴入含氟废弃物中进行中和，控制滴速20滴/min，调节混合溶液中性到微碱性，pH值7-8，之后静置并分液，过滤，取水层作为待分离物进行下一步分析。

本实施例中采用的含氟废弃物与实施例5相同。

2）在主通道内充入载液

通过在螺旋线圈中通入电流，产生磁场，使永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的N极朝向相反的方向，如永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的N极靠近，同名磁极相互排斥，此时，振动膜向上运动，微阀结构中的第二膜片关闭，第一膜片打开，将载液由第一进液通道吸入微泵腔体内。

之后，改变螺旋线圈中通入电流的方向，使永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的N极朝向同一方向，如永磁铁的N极和螺旋线圈产生的磁场的S极相互靠近，异名磁极相互吸引，此时，振动膜下压，微阀结构中的第一膜片关闭，第二膜片打开，微泵腔体内的载液充入主通道，使主通道内充满载液。

本实施例中的载液为pH值为8.5的磷酸氢铵缓冲水溶液。

3）预分离

采用注射器或泵将步骤1）中制备得到的待分离物通过第二进液通道注入分离微通道中，之后将第一电极和第二电极分别连接电源的正负极，在室温下进行电泳。第一电极和第二电极之间的电势差（电压）为3200V。电泳时，待分离物中的不同组分以不同的速度在磷酸氢铵缓冲水溶液中移动，对移动至主通道的出口处的混合物进行收集和检测。

一个试样处理完之后，可以重复步骤2）将含有残留待分离物的载液排出，并对主通道进行清洗，进行下一次的检测。分离装置的具体工作工程也可以参看实施例1中的描述，在此不再赘述。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

Claims (12)

1.一种含氟废弃物的预分离方法，其特征在于：采用金刚石基分离装置对所述含氟废弃物进行预分离，所述预分离用于将所述含氟废弃物分离成多组混合物；所述金刚石基分离装置包括分离芯片，所述分离芯片包括下片和与所述下片相键合的上片，所述上片包括硅片基体，所述下片包括光敏微晶玻璃基体，所述光敏微晶玻璃基体上开设有分离微通道，所述分离微通道的内壁表面形成有金刚石涂层，所述金刚石基分离装置还包括设置在所述光敏微晶玻璃基体上的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别用以连接电源的正负极，用于在所述分离微通道内形成电势差；

所述预分离方法包括如下步骤：

（1）调节所述含氟废弃物的pH值为7-8，得待分离物；

（2）向所述分离微通道中加入载液，并将所述待分离物加入所述分离芯片的分离微通道中，开启电源，在所述分离微通道的两端部之间产生电势差，控制电场强度，驱动所述待分离物中的不同组分以不同的速度在所述载液中移动实现分离；

（3）对移动至所述分离微通道的出口处的物质进行收集或进行进一步检测。

2.根据权利要求1所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于：

所述分离微通道的宽度为10-200μm、深度为10-200μm；长度为1-100cm；和/或，

步骤（1）中，加入碱或碱性水溶液来调节所述pH值；和/或，

步骤（2）中，所述载液为磷酸氢二铵缓冲水溶液、磷酸氢铵缓冲水溶液、磷酸氢二铵与磷酸氢铵的混合缓冲水溶液，且所述载液的pH为8.0~8.8。

3.根据权利要求1所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于，所述分离芯片的分离微通道内壁的金刚石涂层是未经改性的金刚石涂层或经过表面氟化处理的改性金刚石涂层。

4.根据权利要求1所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于：所述步骤（2）在室温下进行，且控制所述第一电极和第二电极之间的电场强度为100-1000V/cm。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于：所述光敏微晶玻璃基体靠近所述硅片基体的一面上开设有第一进液通道、主通道、微泵腔体、第一电极槽、第二电极槽、第二进液通道，其中：

所述第一进液通道、所述主通道的一端部分别与所述微泵腔体连接，另一端部分别形成进液口和出液口；所述第一电极槽、所述第二电极槽和所述第二进液通道分别与所述主通道连通；

在所述第一进液通道、所述主通道、所述第二进液通道以及所述微泵腔体的内壁表面分别依次形成有第一硅过渡层和第一金刚石层，其中，所述微泵腔体内的第一金刚石层外还进一步依次形成有第二硅过渡层和第二金刚石层，且所述微泵腔体的侧壁上的第一硅过渡层、第一金刚石层、第二硅过渡层在与所述第一进液通道连接的位置均形成进液孔，且所述第二金刚石层在与所述进液孔相邻的位置断开，而形成一端部为自由端的第一膜片，所述第一膜片构成第一单向进液阀，用于控制第一进液通道内的液体向所述微泵腔体内的输送；所述微泵腔体侧壁上的第一硅过渡层、第二硅过渡层、第二金刚石层在与所述主通道连接的位置均形成出液孔，且所述第一金刚石层在与所述出液孔相邻的位置断开，而形成又一端部为自由端的第二膜片，所述第二膜片构成第二单向出液阀，用于控制所述微泵腔体内的液体向所述主通道的输送；

所述第一电极、第二电极分别包括形成于所述第一电极槽和第二电极槽内的电极主体；所述分离微通道由位于所述第一电极槽和第二电极槽之间的主通道构成；

所述上片还包括设置于所述硅片基体的远离所述光敏微晶玻璃基体的一面上的金刚石振动膜，所述金刚石振动膜能够上下振动而相应远离或插入所述微泵腔体的内部，从而控制所述微泵腔体内液体的流入或流出；

所述分离芯片还包括用于控制所述金刚石振动膜上下振动的控制结构，所述控制结构包括设于所述金刚石振动膜上的用于生成磁场的螺旋线圈，以及位于所述微泵腔体下方的磁体。

6.根据权利要求5所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于，所述第一进液通道、第二进液通道、主通道的深度分别为10-200μm，宽度分别为10-200μm；所述微泵腔体的直径为50-1000μm，微泵腔体的深度为200-2000μm；所述第一电极槽、第二电极槽的宽度分别为10-500μm，深度分别为10-100μm，所述第一电极槽、第二电极槽的深度均小于所述主通道的深度。

7.根据权利要求5所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于，所述光敏微晶玻璃基体的远离所述硅片基体的一面设置有容纳腔，所述磁体收容于所述容纳腔内，所述容纳腔直径为50-1000μm、深度为200-2000μm。

8.根据权利要求5所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于，所述第一硅过渡层、第二硅过渡层分别是采用磁控溅射工艺制备且厚度分别为3-5μm；所述第一金刚石层、第二金刚石层分别采用热丝等离子化学气相沉积工艺制备，厚度分别为0.1-10μm。

9.根据权利要求5所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于，所述金刚石振动膜的厚度为2nm-200μm，所述第一电极主体和第二电极主体分别是掺硼金刚石材料。

10.根据权利要求5所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于，所述螺旋线圈的单线宽度为20~200μm，厚度为20~200μm，线间距为20~100μm，螺旋线圈采用掺硼金刚石或铜、银、铜银合金来实现导电。

11.根据权利要求5所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于，所述螺旋线圈为如下三种形式中的一种：

a）所述螺旋线圈包含通过磁控溅射工艺形成的过渡层、通过磁控溅射工艺在所述过渡层上形成的导电层和通过磁控溅射工艺在所述导电层上形成的二氧化硅绝缘层，所述过渡层的材料选自钛、钨、钽、钒，所述导电层的材料选自铜、银或铜银合金；

b）所述螺旋线圈包括通过离子注入工艺在所述金刚石振动膜上原位注入硼形成的掺硼金刚石，和通过磁控溅射工艺在所述掺硼金刚石上形成的二氧化硅绝缘层；

c）所述螺旋线圈包括通过丝网印刷工艺形成的导电层和通过磁控溅射工艺在所述导电层上形成的二氧化硅绝缘层，所述导电层的材料选自铜、银或铜银合金。

12.根据权利要求5所述的含氟废弃物的预分离方法，其特征在于，步骤（2）中，将所述载液从所述第一进液通道的进液口通入，将所述待分离物注射进所述第二进液通道；

通过控制通入所述螺旋线圈中的电流，使其产生的磁场的磁极方向与所述磁体的方向相同或相反，以驱动所述金刚石振动膜进行向下或向上振动，从而驱动所述载液的流动；

所述预分离能够将包含20~30种成分的含氟废弃物分离成5~15组混合物。

Images