超疎水性油水分離膜も3Dプリント可能

ほんの数週間前、約13万6000トンのコンデンセート油を積んだサンチ号が衝突により火災を起こし、沈没した。 CCTVニュースによると、サンチ号沈没後、海面では残渣と残留油だけが燃え、10平方キロメートルの油流出帯を形成し、油流出は非常に深刻だった。

画像出典: CCTVニュース

このような石油製品の漏洩事故は海洋環境や生態系に多大な影響を及ぼしており、さらに、産業油性廃水の排出量の増加により、多くの河川や湖沼が油性廃水で汚染されています。油水分離はこれらの問題を解決するための重要なステップです。現在、グリッド材料、繊維織物、スポンジ/フォーム基材など、多くの多孔質材料がさまざまな場面で油水分離に広く使用されています。上記の膜材料はいずれも高い油水分離効率を示すが、無溶媒誘起相分離、熱誘起相分離、蒸気誘起相分離などの多孔質膜の製造方法では、大量の資源の浪費を招き、水質汚染や大気汚染の問題を引き起こすことが多い。 3D プリント技術は、新しいタイプの効率的な材料形成技術として、複雑な構造を持つさまざまな 3 次元材料の製造に広く使用されています。しかし、3D プリント技術に基づいた油水分離用途の多孔質膜材料の調製に関する研究は比較的少ないです。

最近、ベルギーのルーヴェン・カトリック大学化学工学部のバート・ファン・デル・ブルッゲンの研究チームは、選択的レーザー焼結3Dプリント技術を使用してポリスルホン多孔質膜を作製し、その上にろうそくの煤の緩いネットワーク構造を堆積させることで、超疎水性表面を容易に得ることに成功した。優れた機械的・化学的安定性を備えたこの超疎水性ポリスルホン膜は、両面で異なる濡れ性を示し、水で事前に濡らすことで表面を超疎油性状態に変化させることができます。この超濡れ性機能性膜材料は、油水循環用途において優れた性能安定性と理想的な分離効率を発揮します。

画像出典: J. Mater. Chem. A

選択的レーザー焼結 3D 印刷技術の解像度はミクロンレベルであり、ミクロン規模の細孔構造を持つ油水分離膜の製造に非常に適しています。レーザー焼結プロセス中、レーザー出力、スキャン間隔、スキャンベース数などのパラメータは、最終的な多孔質膜の形態に重要な影響を及ぼします。研究チームは体系的な研究を経て、最終的に最適なプロセスパラメータを選択しました。ポリマーマトリックスとして耐熱性に優れたポリスルホン、レーザー出力 15 W、スキャン間隔 0.15 mm、スキャンベース数 1 です。構築された多孔質ポリスルホン膜のSEM形態は、最外層が比較的密度の高い多孔質レーザー焼結膜であり、表面層の底部がポリスルホン粒子の不完全な焼結によって形成された粒状構造であり、膜の底部が緩く凝集したポリスルホン粒子構造であることを示した。

3D プリントされたポリスルホン膜の表面、断面、底面の形態の SEM 特性評価。画像出典: J. Mater. Chem. A

最適なプロセスパラメータに基づいて構築された多孔質ポリスルホン膜 M1 の表面孔サイズ範囲は 12 ～ 114 μm、平均孔サイズは 51.8 μm で、これはポリスルホン粒子のサイズに匹敵します。膜の水透過率と機械的特性試験の結果、多孔質ポリスルホン膜M1は高い水透過率（24,600 L/(m2 h bar)）と優れた機械的特性（引張強度17.3 MPa）を有し、処理パラメータも膜性能に重要な影響を及ぼすことが示されました。多孔性ポリスルホン膜は両面の表面形態が異なるため、表面と底面は異なる濡れ性を示します。多孔性膜の上層の水接触角は 89° で、下層の水接触角は 124° です。

3D プリントされたポリスルホン膜の性能と物理的特性。画像出典: J. Mater. Chem. A

その後、研究者らは浸漬自己組織化によって、ろうそくの灰の粗い構造を多孔質ポリスルホン膜の表面に堆積させました。浸漬時間が長くなるにつれて、多孔質膜の表面に堆積した無機粒子層の形態と疎水性が大きく変化し、浸漬時間が28分を超えると、膜表面の水接触角は155°に達します。

ろうそくの灰を付着させたポリスルホン膜の水接触角の変化。画像出典: J. Mater. Chem. A

ろうそくの灰を堆積させたこの3Dプリントポリスルホン膜は超疎水性で、表面水接触角は最大161°、転がり角は5°未満です。また、塩酸溶液、熱水、水酸化ナトリウム溶液などに対して優れた超疎水性を示し、化学的安定性も優れています。さらに、超親油性特性を示し、油滴は膜に素早く浸透します（< 1.5 秒）。

ろうそくの灰を付着させた多孔質ポリスルホン膜表面の超疎水性/超親油性。画像出典: J. Mater. Chem. A

油水分離実験では、ろうそくの灰を堆積させた 3D プリントポリスルホン膜が良好な性能を示しました。重力駆動フラックスは約19,000L/(m2 h)で、分離効率は99%を超え、サイクル性能は安定しています。10サイクル後も分離率は99%を超えます。さらに興味深いことに、膜表面は水で事前に湿らせることで、超疎水性状態から超疎油性状態に変換することができます (下の図 e)。

ろうそくの灰（水に赤色染料を加えたもの）を含む多孔質ポリスルホン膜を使用した油水分離。画像出典: J. Mater. Chem. A
選択的レーザー焼結3D印刷技術と表面無機粒子堆積改質に基づいて、本論文の著者らは、表面に超疎水性/超親油性の特性を持つ多孔質ポリスルホン膜材料を構築し、水で事前に湿らせることで、膜表面を超疎油性状態に変えることもできる。この多孔質膜材料は、優れた機械的特性と化学的安定性を備えており、効率的な油水分離用途での優れた応用可能性を示しています。この研究成果は、従来の分離膜の構築によって生じる資源の浪費や環境汚染の問題を回避し、高効率の油水分離膜の構築に新たな道を開くものである。
著者: 宗伝勇吉大学出典: X-MOL 情報

超疎水性油水分離膜も3Dプリント可能

ポリライト：金属3Dプリント材料の拡張に10億元を投資、生産能力は年間3,000トンに

積層造形部品の後処理技術の概要 - バッチ仕上げが今後の開発トレンド

スコルテックの研究者は3Dプリントを使用して、優れた二金属特性を備えた新しい青銅鋼合金を開発しました。

MIT CSAILはAIと3Dプリントを活用して微細構造複合材料を開発

研究者は3Dプリントを使用して、フクロウの羽にヒントを得た超静音タービンブレードを開発

付加クラウドプラットフォームは、国内の3Dプリント機器の国境を越えた遠隔操作とメンテナンスを実現します。

新しい 3D 印刷技術は、フォトニック結晶を細かく「彫刻」して構造色を「カラフル」にします

BASFのフォワードAM、リー・チェン博士との対談：3Dプリントの産業化を促進するための包括的な材料ソリューションの提供

浙江大学のHe Yong教授: クロススケール血管構造のバイオ3Dプリント

鳳華卓利は、3Dプリント砂型/コア用のフラン樹脂に代わる無機接着インクを発売

推薦する

中国には約100台の金属3Dプリンターを備えた8つの工場があります。何をするのでしょうか？

航空宇宙積層造形の実用化への道：公的基準の確立が「触媒」

足し算と引き算、仕事が疲れない理由の徹底分析

福建省の光硬化3Dプリントインテリジェント構造研究センターが新たな進歩を遂げる

3Dプリントされた義歯のおかげで、この大きな鳥は再び幸せに食事ができるようになった

上海タンジェン高精度機器TS120がFormnextでデビュー、世界市場に進出

超多用途生物3DプリンターAether 1の最初のベータ版がケンブリッジ大学に設置されました

デスクトップメタルジェネレーティブデザインソフトウェア Live Parts が、部品をゼロから設計するのに役立つ新機能をリリース

科学者らが温度変化で発電する3Dプリントレンガを開発

NASAとオートデスク、重量を35%削減したクモ型惑星間着陸船を3Dプリント

米国エネルギー省、3Dプリント風力タービンに3000万ドルの資金提供を発表

エアバスとレニショーが新しい翼の設計で提携、3Dプリントが重要な助けとなる

新たな探求：伝統芸術と3Dプリントの融合

HP 3DプリンティングとHeige Technologyが協力し、デジタルリハビリ装具の開発に着手

Antarctic Bear Live: 米国の 2017 CES ではどのような 3D プリント製品が展示されるのでしょうか?