(A)熔融沉積模型(FDM)3D打印過程的典型示意圖。(B)設(shè)計具有直徑、層數(shù)和間距參數(shù)的3D打印正交網(wǎng)格。(c，d)多孔Fe/PLA復合材料的光學和SEM照片。
據(jù)《3D打印商情》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(wǎng)狀物制造。他們在最近發(fā)表的論文“原位破乳分離油水混合分離器的3D打印”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，制造這種設(shè)備的真正合適的技術(shù)——以及匹配的后處理方法——一直很難找到，盡管目前有一些技術(shù)可以制作：
·撇油器
·離心機
·聚結(jié)器
·浮選技術(shù)
盡管如此，科學家們試圖進一步尋找更好的工具，主要用于車間的清潔工作，以及紡織品、皮革和石化產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域。3D打印網(wǎng)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(jīng)非常穩(wěn)定的油水組合難以分開，這可能導致一個面積很大的區(qū)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(jīng)完成了有關(guān)材料方面的工作，研究表明水凝膠顯示出了最大的潛力。
“打印網(wǎng)眼懸浮在丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(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水凝膠涂層、結(jié)合和生長。”研究人員說，“在浸入無機鹽溶液后，將無機鹽摻入水凝膠涂層中，以加強水包油乳液的破乳作用。由于水凝膠涂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(wǎng)格(S-USM)的水下油接觸角超過150°C，附著力較低。
用于制造S-USM的插圖。水凝膠包覆工藝涉及AA和AM的聚合，其中N，N‘-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)為交聯(lián)劑，過硫酸銨(APS)為催化劑。
研究人員發(fā)現(xiàn)，含鹽的S-USM作為分離器是有效的。然后，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打印機制作網(wǎng)格，然后使用實驗室定制的設(shè)備——在兩個玻璃管之間設(shè)置一個3D打印網(wǎng)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(tài)光散射法檢測油/水混合物分離前后的液滴尺寸。此外，在光學顯微鏡中觀察到分離過程的進一步表征?！毖芯咳藛T說，“通過多次重復試驗進行了分離循環(huán)試驗。此外，網(wǎng)格也被設(shè)計成一個特殊的球形收油器，成功地收集了浮油?！?/span>
研究人員制作了兩種不同類型的撇油器——一種帶有球形網(wǎng)眼的勺子剝皮器和一種用于人體工程學的直柄，還制造了一種桶形撇油器，其中還包括球形網(wǎng)和彎曲柄。這兩種撇油器在設(shè)計和使用上都很成功，從水中去除了油。
用3D打印球形撇油器去除浮油。(A)勺子撇油器的設(shè)計及(B)桶式撇油器的設(shè)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：“將水凝膠涂層處理與3D打印的新制造技術(shù)結(jié)合起來，可以制造出一系列具體的、有用的分離裝置，給個人生活帶來極大的便利?！?/span>
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復性，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(wǎng)格上方留下油滴。(K)分離后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(fā)生在含鹽的S-USM表面上，而水同時滲透到網(wǎng)狀物——留下上面的油。
研究人員總結(jié)說，“一項關(guān)鍵的創(chuàng)新是利用3D打印的靈活設(shè)計和制造，以及后續(xù)的水凝膠涂層處理。使用水凝膠涂層的球形撇油器可以方便地制造，并能夠去除浮油。可實現(xiàn)各種油水分離器，以滿足未來的需求，并給個人生活帶來極大的便利。由于它的簡單性，這項工作可能為使用3D打印技術(shù)的新方法鋪平道路，在分離、水凝膠、電子、智能機器人等領(lǐng)域有更實際的應用?！?/span>
您可能會驚訝地發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格對于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(shù)裝置，機器人結(jié)構(gòu)和傷口愈合網(wǎng)格的設(shè)計，工程和制造要求中發(fā)揮重要作用。
(A)隨著反應時間的變化，在單根Fe/PLA棒上生長水凝膠涂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。
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