我國研究團隊3D列印定製油水分離網格

(A)熔融沉積模型(FDM)3D列印過程的典型示意圖。(B)設計具有直徑、層數和間距參數的3D列印正交網格。(c，d)多孔Fe/PLA複合材料的光學和SEM照片。

據《3D列印商情》了解，我國一組研究人員正在努力改進將油從水中分離出來的網狀物製造。他們在最近發表的論文「原位破乳分離油水混合分離器的3D列印」中指出，有很多不同的作為漸進式油水分離器的「有希望的候選者」類型。然而，製造這種設備的真正合適的技術——以及匹配的後處理方法——一直很難找到，儘管目前有一些技術可以製作：

·撇油器

·離心機

·聚結器

·浮選技術

儘管如此，科學家們試圖進一步尋找更好的工具，主要用於車間的清潔工作，以及紡織品、皮革和石化產品的生產領域。3D列印網格對清理漏油也是非常有幫助的，其中一些可能是巨大的、螺旋式失控的，已經非常穩定的油水組合難以分開，這可能導致一個面積很大的區域難以清理，研究人員的目標就是要打破這種油水組合。

以前的研究人員已經完成了有關材料方面的工作，研究表明水凝膠顯示出了最大的潛力。

「列印網眼懸浮在丙烯酸(AA)和丙烯醯胺(AM)溶液中，通過Fe(II)介導的氧化還原反應的表面聚合，誘導PAA/AM水凝膠塗層、結合和生長。」研究人員說，「在浸入無機鹽溶液後，將無機鹽摻入水凝膠塗層中，以加強水包油乳液的破乳作用。由於水凝膠塗層具有超親水性和水下超疏油性能，超親水與水下超疏油網格(S-USM)的水下油接觸角超過150°C，附著力較低。

用於製造S-USM的插圖。水凝膠包覆工藝涉及AA和AM的聚合，其中N，N『-亞甲基雙丙烯醯胺(BIS)為交聯劑，過硫酸銨(APS)為催化劑。

研究人員發現，含鹽的S-USM作為分離器是有效的。然後，研究團隊使用了四種不同類型的混合物來進一步測試分離能力：

·十二烷水

·柴油水

·植物油包水

·原油水包油

他們使用帶有PLA長絲的FDM 3D印表機製作網格，然後使用實驗室定製的設備——在兩個玻璃管之間設置一個3D列印網格。用收集到的水和原水的重量比來測量成功分離的量。

「用光學顯微鏡和動態光散射法檢測油/水混合物分離前後的液滴尺寸。此外，在光學顯微鏡中觀察到分離過程的進一步表徵。」研究人員說，「通過多次重複試驗進行了分離循環試驗。此外，網格也被設計成一個特殊的球形收油器，成功地收集了浮油。」

研究人員製作了兩種不同類型的撇油器——一種帶有球形網眼的勺子剝皮器和一種用於人體工程學的直柄，還製造了一種桶形撇油器，其中還包括球形網和彎曲柄。這兩種撇油器在設計和使用上都很成功，從水中去除了油。

用3D列印球形撇油器去除浮油。(A)勺子撇油器的設計及(B)桶式撇油器的設計。用勺子撇油器收集(C)十二烷在水中染藍的浮油；(D)用桶式撇油器染成綠色的柴油。

研究人員說：「將水凝膠塗層處理與3D列印的新製造技術結合起來，可以製造出一系列具體的、有用的分離裝置，給個人生活帶來極大的便利。」

回收分離試驗非常成功，成功率保持在90%。研究小組說，這表明具有很高的重複性，含鹽的S-USM能夠快速地分解油和水的混合物。

水包油乳狀液破乳分離的光學顯微圖像。(a-c)顯示了AlCl 3的油破乳和縮合過程。(d，e)同步破乳和分離工藝方案。(F-H)分離過程的光學顯微鏡，水通過S-USM滲透，在網格上方留下油滴。(K)分離後S-USM乳狀液的光學成像。

該團隊還分享了其中一個更大的『亮點』，因為他們能夠在原地使用破乳和分離。破乳過程發生在含鹽的S-USM表面上，而水同時滲透到網狀物——留下上面的油。

研究人員總結說，「一項關鍵的創新是利用3D列印的靈活設計和製造，以及後續的水凝膠塗層處理。使用水凝膠塗層的球形撇油器可以方便地製造，並能夠去除浮油。可實現各種油水分離器，以滿足未來的需求，並給個人生活帶來極大的便利。由於它的簡單性，這項工作可能為使用3D列印技術的新方法鋪平道路，在分離、水凝膠、電子、智能機器人等領域有更實際的應用。」

您可能會驚訝地發現，網格對於研究人員來說是如此重要，但它不僅是在實驗室實驗中，還可以在藝術裝置，機器人結構和傷口癒合網格的設計，工程和製造要求中發揮重要作用。

(A)隨著反應時間的變化，在單根Fe/PLA棒上生長水凝膠塗層的光學顯微鏡照片。(B)水凝膠厚度從50~400μm增加到孔隙幾乎被堵住，表明了控制孔隙尺寸的可行性。

來源：3D列印商情

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