研究人員使用3D打印機(jī)制造油水分離定制網(wǎng)(wǎng)

魔猴君  行業(yè)(yè)資訊   2052天前

中國(guó)的研究人員正試圖改進(jìn)(jìn)用于分離油和水等作業(yè)(yè)的網(wǎng)(wǎng)格制作，他們的最新研究成果發(fā)(fā)表在《油/水混合物分離器的3D打印與原位破乳和分離》上。作者指出，有很多可以作為漸進(jìn)(jìn)式油水分離器的“希望候選者”可以作為進(jìn)(jìn)展。但是用于創(chuàng )(chuàng)建這種設(shè)備的真正合適的技術(shù)(shù)以及匹配的后處理方法一直難以捉摸，盡管目前有制造以下設(shè)備的技術(shù)(shù)：

撇油器

離心機(jī)

聚結(jié)器

浮選技術(shù)(shù)

（a）熔融沉積建模（FDM）3D打印過(guò)(guò)程的典型示意圖。

2、具有直徑、層數(shù)、間距等參數(shù)的3D打印正交網(wǎng)(wǎng)格的設(shè)計(jì)。

（c，d）具有通孔的鐵/聚乳酸復(fù)合材料網(wǎng)(wǎng)格的光學(xué)(xué)和掃描電鏡照片。

科學(xué)(xué)家們?cè)噲D進(jìn)(jìn)一步尋找更好的工具，主要是在車(chē)間以及生產(chǎn)(chǎn)紡織品、皮革和石化產(chǎn)(chǎn)品的地區(qū)進(jìn)(jìn)行清潔活動(dòng)(dòng)。一個(gè)(gè)由3D打印制造的網(wǎng)(wǎng)格也可以非常有助于清理漏油。他們的目標(biāo)是打破油/水的組合，讓它們變得非常穩(wěn)定，從而難以將它們分開(kāi)(kāi)，并清理一個(gè)(gè)可能很大的區(qū)域。以前的研究人員已經(jīng)(jīng)為他們做了材料方面的工作，水凝膠能顯示出最大的潛力。

研究人員說(shuō)(shuō)：“打印網(wǎng)(wǎng)懸浮在丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）溶液中，通過(guò)(guò)鐵（II）介導(dǎo)的氧化還原反應(yīng)的表面聚合，誘導(dǎo)PAA/AM水凝膠涂層、結(jié)合并在網(wǎng)(wǎng)上生長(cháng)(zhǎng)?！睂o(wú)(wú)機(jī)鹽浸泡在無(wú)(wú)機(jī)鹽溶液中，加入水凝膠涂層中，以增強(qiáng)水包油乳狀液的破乳作用。由于水凝膠涂層的超親水性和水下超疏油性，超親水性和水下超疏油性網(wǎng)(wǎng)格（S-USM）的水下油接觸角在150°C以上，粘附力較低?！?/span>

美國(guó)電影制作插圖水凝膠涂層工藝涉及N’甲基雙丙烯酰胺（雙）作為交聯(lián)(lián)劑和過(guò)(guò)硫酸銨催化劑的聚合。

研究人員發(fā)(fā)現(xiàn)，含S-USM的鹽是一種有效的分離劑。然后，研究小組使用四種不同類(lèi)型的混合物進(jìn)(jìn)一步測(cè)試分離能力：

水中十二烷

水中柴油

水中植物油

水中原油

他們使用帶有聚乳酸纖維的FDM 3D打印機(jī)來(lái)(lái)制作網(wǎng)(wǎng)格，然后使用實(shí)(shí)驗(yàn)室定制的設(shè)備，其中一個(gè)(gè)3D打印網(wǎng)(wǎng)格設(shè)置在兩個(gè)(gè)玻璃管之間。通過(guò)(guò)收集的水與原水的重量比，測(cè)定了分離的成功率。

3D打印球形油撇油器脫除浮油。（a）勺式撇油器和

（b）桶式撇油器的設(shè)計(jì)。用勺式撇油機(jī)收集水中藍(lán)色

（c）十二烷的浮油；用桶式撇油機(jī)收集綠色（d）柴油的浮油。

用光學(xué)(xué)顯微鏡和動(dòng)(dòng)態(tài)(tài)光散射法檢測(cè)了油水混合物在分離前后的液滴大小。此外，在光學(xué)(xué)顯微鏡下觀(guān)察到分離過(guò)(guò)程的進(jìn)(jìn)一步表征，研究人員說(shuō)(shuō)：“利用多次重復(fù)實(shí)(shí)驗(yàn)進(jìn)(jìn)行了分離回收試驗(yàn)。此外，該篩網(wǎng)(wǎng)還被設(shè)計(jì)成一種特殊的球形撇油器，能夠成功地收集浮油?！?/span>

水包油乳狀液破乳分離的光學(xué)(xué)顯微鏡圖像。（a-c）顯示了AlCl3的破乳和冷凝過(guò)(guò)程。

（d，e）同步破乳和分離過(guò)(guò)程的方案。

（f–h）分離過(guò)(guò)程的光學(xué)(xué)顯微鏡，水通過(guò)(guò)S-USM滲透，使油滴位于篩網(wǎng)(wǎng)上方。

（k）分離后乳狀液在S-USM上的光學(xué)(xué)成像。

研究人員制作了兩種不同類(lèi)型的撇渣器——一種帶有球形網(wǎng)(wǎng)的勺式撇渣器和一種符合人體工程學(xué)(xué)的直柄撇渣器，以及一種桶式撇渣器，還包括球形網(wǎng)(wǎng)和彎曲柄。兩個(gè)(gè)撇油器在設(shè)計(jì)和使用上都取得了成功，從水中去除了油。

研究人員說(shuō)(shuō)：“將水凝膠涂層處理與3D打印的新制造技術(shù)(shù)相結(jié)合，可以制造出一系列特定的、有用的分離裝置，為個(gè)(gè)人生活帶來(lái)(lái)極大的便利?！?/span>

循環(huán)(huán)分離持續(xù)了90%試驗(yàn)非常成功。研究小組說(shuō)(shuō)，這顯示了很高的重復(fù)性，含鹽的S-USM能夠快速破乳油和水的混合物。

該團(tuán)隊(duì)還能夠享受其中一個(gè)(gè)更大的亮點(diǎn)(diǎn)，因?yàn)樗麄兡軌蚴褂悶迫楹馱環(huán)蛛x。破乳過(guò)(guò)程發(fā)(fā)生在含鹽的S-USM表面，而水同時(shí)(shí)通過(guò)(guò)篩網(wǎng)(wǎng)滲透，使油留在上面。

“一個(gè)(gè)關(guān)(guān)鍵的創(chuàng )(chuàng)新是利用靈活的設(shè)計(jì)和制造3D打印以及隨后的水凝膠涂層處理，”研究人員總結(jié)說(shuō)(shuō)。帶有水凝膠涂層的球形撇油器制作簡(jiǎn)(jiǎn)單，能夠去除浮油?？蓪?shí)現(xiàn)各種油水分離器，以滿(mǎn)足未來(lái)(lái)的需求，給個(gè)(gè)人生活帶來(lái)(lái)極大的便利?？紤]到它的簡(jiǎn)(jiǎn)單性，這項(xiàng)工作可以為使用3D打印技術(shù)(shù)的新方法鋪平道路，在分離、水凝膠、電子、智能機(jī)器人等許多領(lǐng)(lǐng)域中具有更實(shí)(shí)際的應(yīng)用。

（a）單個(gè)(gè)鐵/聚乳酸棒上水凝膠涂層生長(cháng)(zhǎng)的光學(xué)(xué)顯微鏡照片及反應(yīng)時(shí)(shí)間。

（b）觀(guān)察水凝膠厚度從大約50μm增加到400μm，直至幾乎堵塞孔隙，表明控制孔隙尺寸的可行性。

你可能會(huì )(huì)驚訝地發(fā)(fā)現(xiàn)網(wǎng)(wǎng)格對(duì)研究人員來(lái)(lái)說(shuō)(shuō)如此重要，從藝術(shù)(shù)裝置到機(jī)器人結(jié)構(gòu)和傷口愈合，它不僅可以在實(shí)(shí)驗(yàn)室實(shí)(shí)驗(yàn)中發(fā)(fā)揮重要作用，而且可以在設(shè)計(jì)、工程和制造要求中發(fā)(fā)揮重要作用。

來(lái)(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)(wǎng)