MASTERBOND,UV15TK,用于減少反滲透進料隔板中結垢效應的三維打印

應用
在未來幾十年，全球淡水短缺將對人類構成重大威脅。清潔的淡水不僅對人類生活至關重要，而且我們不斷擴展的工業和農業足跡進一步增加了對淡水的需求。人口增長、自然水庫破壞、工業污染以及氣候變化的影響等多種因素將使水資源成為21世紀最重要的商品之一。反滲透（RO）水處理利用水力壓力和半透膜將水源中的總溶解固體（TDS）分離出90-99%。1重要的是，反滲透技術可以用于淡化咸水和海水；鹽水占地球上所有水資源的97.5%，因此反滲透技術大大增加了淡水的潛在供應。反滲透的挑戰包括高能耗和操作周期中發生的結垢問題的不利影響。結垢是一個特別嚴重的問題，需要化學預處理和昂貴的化學清潔過程來延長膜的使用壽命。圖1（下載文件中的）展示了螺旋纏繞元件（SWE）反滲透膜的剖面示意圖。喂料通道隔板的設計和制造以及半透膜本身對于生產高效長壽命的水處理解決方案至關重要。

自2000年以來，反滲透處理的使用量增加了三倍，全球運營的水處理廠超過16,000個。2反滲透現在占據了脫鹽市場的65%，比蒸餾脫鹽消耗的能源少90%。滲透是一個自發過程，兩種濃度不同并通過半透膜分隔的溶液體系將溶劑分子從溶質濃度較低的溶液擴散到溶劑濃度較高的溶液中。反滲透利用對進料溶液施加的水力壓力來克服滲透勢，實現水分子的純化和擴散。

膜的污垢是操作反滲透處理廠的主要挑戰之一。減輕污垢可能需要昂貴的化學預處理和昂貴的清潔程序。影響膜污垢的因素包括液體-膜界面處的溶液濃度以及喂料隔板的設計。喂料隔板由簡單的菱形網格構成，用于分隔膜葉并引導水流通過膜。韋恩州立大學土木工程博士生Jeremy Walker作為一項博士論文的一部分進行了一系列研究，以改進在反滲透膜中使用的喂料通道隔板的設計。

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這些研究的目標是設計一種具有減少污垢和增強膜清洗性能的喂料隔板。2 UV15TK是一種UV固化環氧樹脂，具有相對較高的模量，被選擇用作三維打印材料，直接打印微混合器元件到半透膜上。進行了流體動力學建模以確定燕尾紋圖案的最佳幾何形狀。優化的流速和湍流混合降低了結垢、溶質結晶的傾向，并減少了污垢的影響。圖2（下載文件中的）展示了標準工業網格喂料隔板和由UV固化Master Bond UV15TK環氧樹脂組成的優化三維打印微混合器元件。研究比較了三維打印微混合器元件和行業標準網格在污垢傾向和反向流清洗方面的性能。

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