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研究人員使用3D打印機制造油水分離定制網(wǎng)

魔猴君  行業(yè)資訊   2028天前

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中國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

聚結(jié)器

浮選技術(shù)


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(shù)、間距等參數(shù)的3D打印正交網(wǎng)格的設(shè)計。

(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)家們試圖進(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。一個由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,并清理一個可能很大的區(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:“打印網(wǎng)懸浮在丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)溶液中,通過鐵(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。”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(wǎng)格(S-USM)的水下油接觸角在150°C以上,粘附力較低?!?/span>

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(lián)劑和過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(wǎng)格,然后使用實驗室定制的設(shè)備,其中一個3D打印網(wǎng)格設(shè)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(shè)計。用勺式撇油機收集水中藍(lán)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(xué)顯微鏡和動態(tài)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(xué)顯微鏡下觀察到分離過程的進(jìn)一步表征,研究人員說:“利用多次重復(fù)實驗進(jìn)行了分離回收試驗。此外,該篩網(wǎng)還被設(shè)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(xué)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(xué)顯微鏡,水通過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。兩個撇油器在設(shè)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(shù)相結(jié)合,可以制造出一系列特定的、有用的分離裝置,為個人生活帶來極大的便利。”

循環(huán)分離持續(xù)了90%試驗非常成功。研究小組說,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(fā)生在含鹽的S-USM表面,而水同時通過篩網(wǎng)滲透,使油留在上面。

“一個關(guān)鍵的創(chuàng)新是利用靈活的設(shè)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(jié)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(xiàn)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(shù)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(lǐng)域中具有更實際的應(yīng)用。

a)單個鐵/聚乳酸棒上水凝膠涂層生長的光學(xué)顯微鏡照片及反應(yīng)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(fā)現(xiàn)網(wǎng)格對研究人員來說如此重要,從藝術(shù)裝置到機器人結(jié)構(gòu)和傷口愈合,它不僅可以在實驗室實驗中發(fā)揮重要作用,而且可以在設(shè)計、工程和制造要求中發(fā)揮重要作用。

來源:中國3D打印網(wǎng)

   
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