MASTERBOND,UV15TK,用于減少反滲透進(jìn)料隔板中結(jié)垢效應(yīng)的三維打印
應(yīng)用
在未來幾十年，全球淡水短缺將對(duì)人類構(gòu)成重大威脅。清潔的淡水不僅對(duì)人類生活至關(guān)重要，而且我們不斷擴(kuò)展的工業(yè)和農(nóng)業(yè)足跡進(jìn)一步增加了對(duì)淡水的需求。人口增長(zhǎng)、自然水庫破壞、工業(yè)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(jì)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?cè)芙夤腆w（TDS）分離出90-99%。1重要的是，反滲透技術(shù)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(shù)大大增加了淡水的潛在供應(yīng)。反滲透的挑戰(zhàn)包括高能耗和操作周期中發(fā)生的結(jié)垢問題的不利影響。結(jié)垢是一個(gè)特別嚴(yán)重的問題，需要化學(xué)預(yù)處理和昂貴的化學(xué)清潔過程來延長(zhǎng)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(shè)計(jì)和制造以及半透膜本身對(duì)于生產(chǎn)高效長(zhǎng)壽命的水處理解決方案至關(guān)重要。
自2000年以來，反滲透處理的使用量增加了三倍，全球運(yùn)營(yíng)的水處理廠超過16,000個(gè)。2反滲透現(xiàn)在占據(jù)了脫鹽市場(chǎng)的65%，比蒸餾脫鹽消耗的能源少90%。滲透是一個(gè)自發(fā)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(zhì)濃度較低的溶液擴(kuò)散到溶劑濃度較高的溶液中。反滲透利用對(duì)進(jìn)料溶液施加的水力壓力來克服滲透勢(shì)，實(shí)現(xiàn)水分子的純化和擴(kuò)散。
膜的污垢是操作反滲透處理廠的主要挑戰(zhàn)之一。減輕污垢可能需要昂貴的化學(xué)預(yù)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(shè)計(jì)。喂料隔板由簡(jiǎn)單的菱形網(wǎng)格構(gòu)成，用于分隔膜葉并引導(dǎo)水流通過膜。韋恩州立大學(xué)土木工程博士生Jeremy Walker作為一項(xiàng)博士論文的一部分進(jìn)行了一系列研究，以改進(jìn)在反滲透膜中使用的喂料通道隔板的設(shè)計(jì)。
這些研究的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種具有減少污垢和增強(qiáng)膜清洗性能的喂料隔板。2 UV15TK是一種UV固化環(huán)氧樹脂，具有相對(duì)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(jìn)行了流體動(dòng)力學(xué)建模以確定燕尾紋圖案的最佳幾何形狀。優(yōu)化的流速和湍流混合降低了結(jié)垢、溶質(zhì)結(jié)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(biāo)準(zhǔn)工業(yè)網(wǎng)格喂料隔板和由UV固化Master Bond UV15TK環(huán)氧樹脂組成的優(yōu)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格在污垢傾向和反向流清洗方面的性能。
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