我國研究團隊3D打印定制油水分離網格

來源:3D打印商情    關鍵詞:3D打印,3D打印技術,3D打印運用,    發布時間:2019-06-15

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(A)熔融沉積模型(FDM)3D打印過程的典型示意圖。(B)設計具有直徑、層數和間距參數的3D打印正交網格。(c,d)多孔Fe/PLA復合材料的光學和SEM照片。
據《3D打印商情》了解,我國一組研究人員正在努力改進將油從水中分離出來的網狀物制造。他們在最近發表的論文“原位破乳分離油水混合分離器的3D打印”中指出,有很多不同的作為漸進式油水分離器的“有希望的候選者”類型。然而,制造這種設備的真正合適的技術——以及匹配的后處理方法——一直很難找到,盡管目前有一些技術可以制作:
·撇油器
·離心機
·聚結器
·浮選技術
盡管如此,科學家們試圖進一步尋找更好的工具,主要用于車間的清潔工作,以及紡織品、皮革和石化產品的生產領域。3D打印網格對清理漏油也是非常有幫助的,其中一些可能是巨大的、螺旋式失控的,已經非常穩定的油水組合難以分開,這可能導致一個面積很大的區域難以清理,研究人員的目標就是要打破這種油水組合。
以前的研究人員已經完成了有關材料方面的工作,研究表明水凝膠顯示出了最大的潛力。
“打印網眼懸浮在丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)溶液中,通過Fe(II)介導的氧化還原反應的表面聚合,誘導PAA/AM水凝膠涂層、結合和生長。”研究人員說,“在浸入無機鹽溶液后,將無機鹽摻入水凝膠涂層中,以加強水包油乳液的破乳作用。由于水凝膠涂層具有超親水性和水下超疏油性能,超親水與水下超疏油網格(S-USM)的水下油接觸角超過150°C,附著力較低。

用于制造S-USM的插圖。水凝膠包覆工藝涉及AA和AM的聚合,其中N,N‘-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)為交聯劑,過硫酸銨(APS)為催化劑。
研究人員發現,含鹽的S-USM作為分離器是有效的。然后,研究團隊使用了四種不同類型的混合物來進一步測試分離能力:
·十二烷水
·柴油水
·植物油包水
·原油水包油
他們使用帶有PLA長絲的FDM 3D打印機制作網格,然后使用實驗室定制的設備——在兩個玻璃管之間設置一個3D打印網格。用收集到的水和原水的重量比來測量成功分離的量。
“用光學顯微鏡和動態光散射法檢測油/水混合物分離前后的液滴尺寸。此外,在光學顯微鏡中觀察到分離過程的進一步表征。”研究人員說,“通過多次重復試驗進行了分離循環試驗。此外,網格也被設計成一個特殊的球形收油器,成功地收集了浮油。”
研究人員制作了兩種不同類型的撇油器——一種帶有球形網眼的勺子剝皮器和一種用于人體工程學的直柄,還制造了一種桶形撇油器,其中還包括球形網和彎曲柄。這兩種撇油器在設計和使用上都很成功,從水中去除了油。

用3D打印球形撇油器去除浮油。(A)勺子撇油器的設計及(B)桶式撇油器的設計。用勺子撇油器收集(C)十二烷在水中染藍的浮油;(D)用桶式撇油器染成綠色的柴油。
研究人員說:“將水凝膠涂層處理與3D打印的新制造技術結合起來,可以制造出一系列具體的、有用的分離裝置,給個人生活帶來極大的便利。”
回收分離試驗非常成功,成功率保持在90%。研究小組說,這表明具有很高的重復性,含鹽的S-USM能夠快速地分解油和水的混合物。

水包油乳狀液破乳分離的光學顯微圖像。(a-c)顯示了AlCl 3的油破乳和縮合過程。(d,e)同步破乳和分離工藝方案。(F-H)分離過程的光學顯微鏡,水通過S-USM滲透,在網格上方留下油滴。(K)分離后S-USM乳狀液的光學成像。
該團隊還分享了其中一個更大的‘亮點’,因為他們能夠在原地使用破乳和分離。破乳過程發生在含鹽的S-USM表面上,而水同時滲透到網狀物——留下上面的油。
研究人員總結說,“一項關鍵的創新是利用3D打印的靈活設計和制造,以及后續的水凝膠涂層處理。使用水凝膠涂層的球形撇油器可以方便地制造,并能夠去除浮油。可實現各種油水分離器,以滿足未來的需求,并給個人生活帶來極大的便利。由于它的簡單性,這項工作可能為使用3D打印技術的新方法鋪平道路,在分離、水凝膠、電子、智能機器人等領域有更實際的應用。”
您可能會驚訝地發現,網格對于研究人員來說是如此重要,但它不僅是在實驗室實驗中,還可以在藝術裝置,機器人結構和傷口愈合網格的設計,工程和制造要求中發揮重要作用。

(A)隨著反應時間的變化,在單根Fe/PLA棒上生長水凝膠涂層的光學顯微鏡照片。(B)水凝膠厚度從50~400μm增加到孔隙幾乎被堵住,表明了控制孔隙尺寸的可行性。
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