我国研究团队3D打印定制油水分离网格

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-06-15

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(A)熔融沉积模型(FDM)3D打印过程的典型示意图。(B)设计具有直径、层数和间距参数的3D打印正交网格。(c,d)多孔Fe/PLA复合材料的光学和SEM照片。
据《3D打印商情》了解,我国一组研究人员正在努力改进将油从水中分离出来的网状物制造。他们在最近发表的论文“原位破乳分离油水混合分离器的3D打印”中指出,有很多不同的作为渐进式油水分离器的“有希望的候选者”类型。然而,制造这种设备的真正合适的技术——以及匹配的后处理方法——一直很难找到,尽管目前有一些技术可以制作:
·撇油器
·离心机
·聚结器
·浮选技术
尽管如此,科学家们试图进一步寻找更好的工具,主要用于车间的清洁工作,以及纺织品、皮革和石化产品的生产领域。3D打印网格对清理漏油也是非常有帮助的,其中一些可能是巨大的、螺旋式失控的,已经非常稳定的油水组合难以分开,这可能导致一个面积很大的区域难以清理,研究人员的目标就是要打破这种油水组合。
以前的研究人员已经完成了有关材料方面的工作,研究表明水凝胶显示出了最大的潜力。
“打印网眼悬浮在丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)溶液中,通过Fe(II)介导的氧化还原反应的表面聚合,诱导PAA/AM水凝胶涂层、结合和生长。”研究人员说,“在浸入无机盐溶液后,将无机盐掺入水凝胶涂层中,以加强水包油乳液的破乳作用。由于水凝胶涂层具有超亲水性和水下超疏油性能,超亲水与水下超疏油网格(S-USM)的水下油接触角超过150°C,附着力较低。

用于制造S-USM的插图。水凝胶包覆工艺涉及AA和AM的聚合,其中N,N‘-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂,过硫酸铵(APS)为催化剂。
研究人员发现,含盐的S-USM作为分离器是有效的。然后,研究团队使用了四种不同类型的混合物来进一步测试分离能力:
·十二烷水
·柴油水
·植物油包水
·原油水包油
他们使用带有PLA长丝的FDM 3D打印机制作网格,然后使用实验室定制的设备——在两个玻璃管之间设置一个3D打印网格。用收集到的水和原水的重量比来测量成功分离的量。
“用光学显微镜和动态光散射法检测油/水混合物分离前后的液滴尺寸。此外,在光学显微镜中观察到分离过程的进一步表征。”研究人员说,“通过多次重复试验进行了分离循环试验。此外,网格也被设计成一个特殊的球形收油器,成功地收集了浮油。”
研究人员制作了两种不同类型的撇油器——一种带有球形网眼的勺子剥皮器和一种用于人体工程学的直柄,还制造了一种桶形撇油器,其中还包括球形网和弯曲柄。这两种撇油器在设计和使用上都很成功,从水中去除了油。

用3D打印球形撇油器去除浮油。(A)勺子撇油器的设计及(B)桶式撇油器的设计。用勺子撇油器收集(C)十二烷在水中染蓝的浮油;(D)用桶式撇油器染成绿色的柴油。
研究人员说:“将水凝胶涂层处理与3D打印的新制造技术结合起来,可以制造出一系列具体的、有用的分离装置,给个人生活带来极大的便利。”
回收分离试验非常成功,成功率保持在90%。研究小组说,这表明具有很高的重复性,含盐的S-USM能够快速地分解油和水的混合物。

水包油乳状液破乳分离的光学显微图像。(a-c)显示了AlCl 3的油破乳和缩合过程。(d,e)同步破乳和分离工艺方案。(F-H)分离过程的光学显微镜,水通过S-USM渗透,在网格上方留下油滴。(K)分离后S-USM乳状液的光学成像。
该团队还分享了其中一个更大的‘亮点’,因为他们能够在原地使用破乳和分离。破乳过程发生在含盐的S-USM表面上,而水同时渗透到网状物——留下上面的油。
研究人员总结说,“一项关键的创新是利用3D打印的灵活设计和制造,以及后续的水凝胶涂层处理。使用水凝胶涂层的球形撇油器可以方便地制造,并能够去除浮油。可实现各种油水分离器,以满足未来的需求,并给个人生活带来极大的便利。由于它的简单性,这项工作可能为使用3D打印技术的新方法铺平道路,在分离、水凝胶、电子、智能机器人等领域有更实际的应用。”
您可能会惊讶地发现,网格对于研究人员来说是如此重要,但它不仅是在实验室实验中,还可以在艺术装置,机器人结构和伤口愈合网格的设计,工程和制造要求中发挥重要作用。

(A)随着反应时间的变化,在单根Fe/PLA棒上生长水凝胶涂层的光学显微镜照片。(B)水凝胶厚度从50~400μm增加到孔隙几乎被堵住,表明了控制孔隙尺寸的可行性。