研究人員使用3D打印機(jī)制造油水分離定制網(wǎng)
魔猴君 行業(yè)資訊 1975天前
中國(guó)的研究人員正試圖改進(jìn)用于分離油和水等作業(yè)的網(wǎng)格制作,他們的最新研究成果發(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)式油水分離器的“希望候選者”可以作為進(jìn)展。但是用于創(chuàng)建這種設(shè)備的真正合適的技術(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):
撇油器
離心機(jī)
聚結(jié)器
浮選技術(shù)
(a)熔融沉積建模(FDM)3D打印過(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)格的設(shè)計(jì)。
(c,d)具有通孔的鐵/聚乳酸復(fù)合材料網(wǎng)格的光學(xué)和掃描電鏡照片。
科學(xué)家們?cè)噲D進(jìn)一步尋找更好的工具,主要是在車間以及生產(chǎn)紡織品、皮革和石化產(chǎn)品的地區(qū)進(jìn)行清潔活動(dòng)。一個(gè)由3D打印制造的網(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),并清理一個(gè)可能很大的區(qū)域。以前的研究人員已經(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):“打印網(wǎng)懸浮在丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)溶液中,通過(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)上生長(zhǎng)?!睂o(wú)機(jī)鹽浸泡在無(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)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)劑和過(guò)硫酸銨催化劑的聚合。
研究人員發(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型的混合物進(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)制作網(wǎng)格,然后使用實(shí)驗(yàn)室定制的設(shè)備,其中一個(gè)3D打印網(wǎng)格設(shè)置在兩個(gè)玻璃管之間。通過(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)顯微鏡和動(dòng)態(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)顯微鏡下觀察到分離過(guò)程的進(jìn)一步表征,研究人員說(shuō):“利用多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分離回收試驗(yàn)。此外,該篩網(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)顯微鏡圖像。(a-c)顯示了AlCl3的破乳和冷凝過(guò)程。
(d,e)同步破乳和分離過(guò)程的方案。
(f–h)分離過(guò)程的光學(xué)顯微鏡,水通過(guò)S-USM滲透,使油滴位于篩網(wǎng)上方。
(k)分離后乳狀液在S-USM上的光學(xué)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(wǎng)的勺式撇渣器和一種符合人體工程學(xué)的直柄撇渣器,以及一種桶式撇渣器,還包括球形網(wǎng)和彎曲柄。兩個(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):“將水凝膠涂層處理與3D打印的新制造技術(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)人生活帶來(lái)極大的便利。”
循環(huán)分離持續(xù)了90%試驗(yàn)非常成功。研究小組說(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)更大的亮點(diǎn),因?yàn)樗麄兡軌蚴褂闷迫楹驮环蛛x。破乳過(guò)程發(fā)生在含鹽的S-USM表面,而水同時(shí)通過(guò)篩網(wǎng)滲透,使油留在上面。
“一個(gè)關(guān)鍵的創(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)。帶有水凝膠涂層的球形撇油器制作簡(jiǎn)單,能夠去除浮油??蓪?shí)現(xiàn)各種油水分離器,以滿足未來(lái)的需求,給個(gè)人生活帶來(lái)極大的便利??紤]到它的簡(jiǎn)單性,這項(xiàng)工作可以為使用3D打印技術(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)域中具有更實(shí)際的應(yīng)用。
(a)單個(gè)鐵/聚乳酸棒上水凝膠涂層生長(zhǎng)的光學(xué)顯微鏡照片及反應(yīng)時(shí)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(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格對(duì)研究人員來(lái)說(shuō)如此重要,從藝術(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)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中發(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)揮重要作用。
來(lái)源:中國(guó)3D打印網(wǎng)