Аддитивная керамика для водоочистки: обзор

Введение

Революция в отношении «структуры» и «функциональности» — без необходимости в пресс-формах, без химических модификаций, может сделать керамические мембраны устойчивыми к загрязнению, с высокими потоками и даже с потенциалом для самовосстановления «умности» — когда они производятся для очистки воды керамики.

Во всем мире более 2 миллиардов человек сталкиваются с нехваткой воды каждый год, с загрязнением нефтью, органическими загрязнителями и сточных вод с высоким содержанием соли в промышленных сточных водах, деформирующих традиционные технологии очистки. Метод разделения мембран считается «спасителем», но традиционная керамическая мембрана сталкивается с двумя основными «провалами»: внезапным падением потока из-за загрязнения поверхности и огромной разницей давления поперечной пленки из-за мутации пор между опорным и разделительным слоями. Еще более проблематичной является необходимость многоступенчатого спекания поровых мембран градиентов, подготовленных традиционными процессами, которые крайне хрупки.

Вмешательство в производство материалов (3D-печать) дает совершенно новое решение этой дилеммы. В частности, технология фотофиксации (VPP) и прямотекстового вытеснения (DIW) меняет «генетику» обработки воды керамикой, с преимуществом ее высокой точности, не модульной, сложной и многоступенчатой структуры.

Конструкция структуры функции поверхности: противодействие загрязнению с помощью физической структуры

Традиционные противозагрязнительные мембраны зависят от химических модификаций, которые являются дорогостоящими и подвержены сбоям. 3D-печать Surface Functional Structure Design дает элегантное физическое решение - прямую печать микрометровой структуры, такой как рябь, спираль, линия, кольцо и т. Д. На поверхности мембраны.

Эти структуры работают как установка «генератора микропотока» на поверхности мембраны. Когда потоки воды проходят, эти конденсированные геометрические формы вызывают локальный сток и увеличивают реакцию отсечения мембраны, тем самым разрушая пограничный слой загрязняющего осадка.

Говорящие данные: - Мембраны с ускорителями потока формы Kenics с увеличением потоков воды на 140 процентов; - сильфонные структуры увеличивают потоки воды в 1,7 раза, осаждение загрязняющих веществ на 40 процентов и восстановление потока очистки более чем на 90 процентов;

Еще более удивительным является тот факт, что эта структура также может быть «одной стрелой и двумя» — линейным «броневым поясом», который, в то время как противозагрязняющий, увеличивает сопротивление поверхности мембраны до 92,9%. Это означает, что жизнь мембраны будет значительно увеличена при обработке сточных вод с высоким содержанием песка.

ii. Конструкция градиентной поровой структуры: уменьшение межпленочных дифференциалов давления

Традиционные керамические мембраны состоят из опорных, переходных и разделительных слоев с мутацией пор от микромасштаба до наномасштаба, что приводит к резкому увеличению межпленочных дифференциалов давления. 3D-печатная конструкция Gradient Hole Structure Design полностью изменила ситуацию.

Впервые с помощью фоторезистентных методов 3D-печати исследователи интегрировали структуры поддержки, перехода, разделения и даже поверхностного удержания. Этот пошаговый процесс не только устраняет риск разрывов в традиционном многоступенчатом агломерате, но и точно контролирует градиенты пор каждого слоя.

Проверка эффективности: - Конезианские градиенты увеличивают поток воды на 40 процентов и эффективность разделения масляных и водных смесей более чем на 96,5 процента;

III. Изогенные композиты: кактусизация керамических мембран

Если первые два метода касаются «физической производительности», «смешанная гетерогенность» дает химический интеллект керамической мембраны. Исследователи используют 3D-печатные керамические плиты в качестве основы для введения свет-каталитических или напряженных функциональных материалов, таких как TiO2 и Batio3, на поверхности плит, путем роста in situ и теплового синтеза воды.

Суть этой сложной структуры заключается в том, что 3D-печатный стенд не только обеспечивает высокую площадь поверхности катализатора, которая не уязвима для потери, но и способствует фото-передаче разделения жидкости через конструкцию интерфейса неоднородности, что значительно повышает эффективность каталитической деградации. Передняя линия представляет собой комбинацию стенда напряжения Batio3 с линией нанометра TiO2, которая может быть использована для повышения каталитической активности. Заряд от материала напряжения дополнительно приводит в действие каталитическую реакцию, когда происходит ток удара или ультразвуковая вибрация.

Типичные случаи: - Полиполимеры - Керамические наноклинические композитные сетчатые структуры эффективны в содействии фотопередаче разделения жидкости через интерфейс неоднородности и повышении эффективности фотокаталитической деградации; - Композитные рамы Batio3-TiO2 демонстрируют усиленную каталитическую деградацию под ультразвуком.

IV. Инженерные проблемы и путь вперед

Несмотря на удивительный потенциал 3D-печатной керамики для очистки воды, есть еще три препятствия для крупномасштабной индустриализации:

Но перспективы на будущее также обнадеживают: - Самоисцеляющаяся умная керамика: разработка интеллектуальных материалов, способных к самовосстановлению трещин, таких как биологические ткани, значительно продлевая срок полезного использования; - машинное обучение, позволяющее: ускорение разработки новых материалов и структур с использованием ИИ для руководства синергетическим дизайном «процесс-структура-производительность»; - прорыв в индустриализации: работа в направлении промышленного производства высокоинтенсивной, долгоживущей керамики для обработки воды.

От поверхностных татуировок до градиентных отверстий, от физической устойчивости к химическому интеллекту, 3D-печать переопределяет границу керамики для очистки воды. Это не только технологический прогресс, но и инновация в образе мышления — когда традиционные процессы увязли в мифе о «материальной модификации», «структурный дизайн» дает более элегантные ответы на вопросы производства материалов. Возможно, в ближайшем будущем у нас действительно появится «мыслящая» керамическая мембрана, которая не только фильтрует воду, но и очищает себя, восстанавливает себя и даже использует токи для катализа загрязняющих веществ.