研究人員使用3D打印機制造油水分離定制網

魔猴君  行業資訊   2197天前

中國的研究人員正試圖改進用于分離油和水等作業的網格制作，他們的最新研究成果發表在《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式油水分離器的“希望候選者”可以作為進展。但是用于創建這種設備的真正合適的技術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備的技術：

撇油器

離心機

聚結器

浮選技術

（a）熔融沉積建模（FDM）3D打印過程的典型示意圖。

2、具有直徑、層數、間距等參數的3D打印正交網格的設計。

（c，d）具有通孔的鐵/聚乳酸復合材料網格的光學和掃描電鏡照片。

科學家們試圖進一步尋找更好的工具，主要是在車間以及生產紡織品、皮革和石化產品的地區進行清潔活動。一個由3D打印制造的網格也可以非常有助于清理漏油。他們的目標是打破油/水的組合，讓它們變得非常穩定，從而難以將它們分開，并清理一個可能很大的區域。以前的研究人員已經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：“打印網懸浮在丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）溶液中，通過鐵（II）介導的氧化還原反應的表面聚合，誘導PAA/AM水凝膠涂層、結合并在網上生長。”將無機鹽浸泡在無機鹽溶液中，加入水凝膠涂層中，以增強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格（S-USM）的水下油接觸角在150°C以上，粘附力較低。”

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

研究人員發現，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型的混合物進一步測試分離能力：

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打印機來制作網格，然后使用實驗室定制的設備，其中一個3D打印網格設置在兩個玻璃管之間。通過收集的水與原水的重量比，測定了分離的成功率。

3D打印球形油撇油器脫除浮油。（a）勺式撇油器和

（b）桶式撇油器的設計。用勺式撇油機收集水中藍色

（c）十二烷的浮油；用桶式撇油機收集綠色（d）柴油的浮油。

用光學顯微鏡和動態光散射法檢測了油水混合物在分離前后的液滴大小。此外，在光學顯微鏡下觀察到分離過程的進一步表征，研究人員說：“利用多次重復實驗進行了分離回收試驗。此外，該篩網還被設計成一種特殊的球形撇油器，能夠成功地收集浮油。”

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

（d，e）同步破乳和分離過程的方案。

（f–h）分離過程的光學顯微鏡，水通過S-USM滲透，使油滴位于篩網上方。

（k）分離后乳狀液在S-USM上的光學成像。

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

研究人員說：“將水凝膠涂層處理與3D打印的新制造技術相結合，可以制造出一系列特定的、有用的分離裝置，為個人生活帶來極大的便利。”

循環分離持續了90%試驗非常成功。研究小組說，這顯示了很高的重復性，含鹽的S-USM能夠快速破乳油和水的混合物。

該團隊還能夠享受其中一個更大的亮點，因為他們能夠使用破乳和原位分離。破乳過程發生在含鹽的S-USM表面，而水同時通過篩網滲透，使油留在上面。

“一個關鍵的創新是利用靈活的設計和制造3D打印以及隨后的水凝膠涂層處理，”研究人員總結說。帶有水凝膠涂層的球形撇油器制作簡單，能夠去除浮油。可實現各種油水分離器，以滿足未來的需求，給個人生活帶來極大的便利。考慮到它的簡單性，這項工作可以為使用3D打印技術的新方法鋪平道路，在分離、水凝膠、電子、智能機器人等許多領域中具有更實際的應用。

（a）單個鐵/聚乳酸棒上水凝膠涂層生長的光學顯微鏡照片及反應時間。

（b）觀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。

你可能會驚訝地發現網格對研究人員來說如此重要，從藝術裝置到機器人結構和傷口愈合，它不僅可以在實驗室實驗中發揮重要作用，而且可以在設計、工程和制造要求中發揮重要作用。

來源：中國3D打印網