英國巴斯大學研發3D列印膜 有望提高海水淡化效率

2020-12-16 中國水網

在全球範圍內，水源壓力逐漸增高。人口增加只會加速這一問題的緊迫性。目前，技術創新正在致力於解決此問題。海水淡化是一個解決方案，但迄今為止，這個過程已經被證明是非常昂貴和耗能的，所以它只適用於水資源最嚴重短缺的時候。

水淨化，包括海水淡化，使用反滲透或通過包含薄膜複合聚醯胺膜的濾芯來處理海水。這些膜捕獲鹽和其他雜質，使淡水流過。放入墨盒中的膜會產生壓力以迫使水流過，膜的過程效率會更高。膜的設計和製造進展有助於降低海水淡化所涉及的複雜性和成本。

一些研究人員正在尋求通過添加劑製造創造任何幾何複雜形狀或特徵的膜。巴斯大學（英國）高級分離工程中心（CASE）的研究人員專注於使用添加劑製造開發分離膜工程的潛力，希望創造出比目前製造方法更準確的設計。

目前，膜主要通過稱為「界面聚合」的方法生產，其將聚合物的薄緻密層塗覆在支撐膜的表面上（其通常通過相轉化形成）。膜結構控制的局限性意味著研究人員不能嚴格控制膜的設計，但是由於該方法已被廣泛研究並被很好地理解，所以仍然是製造膜的首選工藝。

用於反滲透的3D列印膜的研究剛剛開始。以前的研究已經證明了添加劑製造技術在製備具有複雜3D幾何體強度的膜應用的內部特徵。關鍵是在設計過程中完全自由。

巴斯大學高級分離工程中心（CASE）主任DarrellPatterson博士告訴記者，3D列印膜具有傳統製造的膜沒有的許多優點。

他說：「新的3D列印設計可以通過印刷圖案或自然靈感設計來減少膜汙染，以減少結垢或濃縮極化，並增加透過膜的滲透。」

CASE團隊著手從文獻中回顧了使用目前所有添加劑製造方法生產的膜的優缺點，包括基於解析度、精度、構造尺寸、速度、光聚合列印材料、粉末、材料擠出、層壓、機械性能，支持和成本。

研究人員指出，3D列印技術尚未達到能夠生產與現有產品具有成本競爭力的大型膜的能力，但他們的工作突出了技術的潛力。

展望未來，添加劑製造可用於製造通過選擇性地將進料引導到分離子分子組的膜和減少結垢的特定部分的膜材料。其他部分可以用具有不同性質的不同材料列印，將不同的分子子集分開在同一張紙上。容納膜的表面變形也可以更容易，當前的製造方法可以參與製造不太容易堵塞的膜。

添加劑製造也可以解決與反滲透中使用的高壓相關的問題，特別是當需要脫鹽水時，取決於要去除的鹽濃度，達到50－80巴。

「目前的膜能夠適應這些［壓力］，」Patterson告訴小編。「我可以想像，未來的3D列印材料更加機械堅固，因此與現有材料相比，變形較小或受壓力影響較小。」

與傳統原型相比，快速原型設計在速度、效率和定製方面也可能是一個優勢。CASE團隊發現，3D列印不僅可以生產膜，而且可以生產間隔物和整個膜組件，這可能會降低總體生產時間。

此外，用於生產膜的AM工藝可以使得在製造期間控制表面和界面上的兩種或更多種材料的組成，從而允許物理性質和特性的位置變化，例如材料的多個交替層或選擇性分布另一種材料提高膜的性能。

2017年2月，研究人員將標題為「3D列印分離膜與相關非常規製作技術的比較」的論文發表在「膜科學」雜誌上。

編輯：李姝樂

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