טכנולוגיית הפלסטרציה עומדת על צומת דרכים.במשך עשרות שנים, פחמן מופעל (GAC) כבר ברירת מחדל עבור הסרת contaminants המיוצרים מים ואוויר, פרס על שטח פני השטח הגבוה שלה ויכולת המודעות של הגוף (אך GAC הוא אמצעי זהירות אקראית חלקיקים ספציפיים של Irregular להוביל לתקשור נוזלים בלתי צפויים, לחץ כי דורש יותר אנרגיה, ומחוזות המונים כי הגבלת הדרך שבה מיוצרת לחלוטין של פחמן, כלומר, רק חומרים כימיים, כלומר, לא ניתן למזעריים, רק את גודל זה של חומר כימי, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, רק כדי להפחית את רמת דיוק, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, רק כדי להפחית את גודל פחמן, רק כדי להפחית את רמת דיוק מבוזרת, כלומר, רק כדי להפחית את גודל הדם המדויק של מחזור הדם המדויק של חומר כימי, או ירידה של חומר מתכתי, או ירידה של חומר הדפסה דיגיטלית, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, רק כדי להפחית את רמת דיוק מבוזרת, רק כדי להפחית את רמת דיוק מבוזרת של חומר כימי, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, רק כדי להפחית את גודל פחמן, רק כדי להפחית את גודל פחמן חד-ממדית, רק כדי להפחית את גודל פחמן חד-ממדית, רק כדי

יסודות אדמירפורציה ופלטפורמת הפחמן הפעילה

הבנת מדוע נושאים הדפסה תלת מימדית לסינון דורש תפיסה ברורה של מה פחמן מופעל והיכן צורות מסורתיות שלה ליפול קצר.פעיל פחמן הוא צורה ⁇ של פחמן מעובד, בדרך כלל באמצעות הפעלה פיזית או כימית, לפתח רשת פומר פנימי נרחבת.רשת זו יוצרת אזור משטח ספציפי מאוד, באופן שגרתי מעל 1,000 מ"ר לגרם, אשר מספק אתרים בשפע עבור המודעות הפיזיות של מולקולות של ואטים, בתוך מבנה מיקרו-מפלקס.

הביצועים הגולמיים של פחמן מופעל נמדד על ידי יכולת המודעות שלה ואת הקינטינים של מודעות זו.יכול הוא בעיקר פונקציה של שטח פני השטח נפח pore, בעוד קינטיקה תלויה כמה מהר המדבק יכול להגיע אל פני השטח הפנימי אלה.ב מיטה מסורתית ארוזה של פחמן דו-קרב, נוזל חייב לנווט נתיבי זרימה חד-משמעיים אחרים, המכונה לעתים קרובות, כמו גם חלקי תנועה מסיבית של שטח עמוק יותר, אשר מוגדר על פני השטח של תאים קשים, או בינוניים אחרים, הוא לעתים קרובות.

מעבר לגיאומטריה טהורה, פחמן מופעל מסורתי מוגבל לעתים קרובות על ידי הכבלים וסיוע עיבוד המשמש כדי ליצור אותו לתוך אגן או גרנוטים. כי הם יכולים לחסום pores או להציג זיהומים, צמצום שטח פני נגיש. יתר על כן, הצורות המתקבלות מוגבלות כדי להסיר מגבלות פשוטות, צינורות לא סדירים, או אבקות.

ייצור תוספתי כאפשרות לתקשורת מתקדמת

הדפסה תלת מימדית, בצורותיה השונות, מספקת את חופש העיצוב הדרוש כדי ליצור מבני סינון אשר צוינו, אופטימיזציה, וסביר מאוד. כמה טכנולוגיות ייצור נפרדות של תוספי מזון מוחלים על ייצור פחמן מופעל, כל אחד מציע איזון ייחודי של החלטה, תאימות חומרית, והיקף.

ייצור חומרים (Fuse Filament fabrication)

ייצור filament מועשר (FFF) הוא שיטת ההדפסה התלת-ממדית הניתנת ביותר. עבור יישומי סינון, filament מופקת על ידי תרכובת אבקת פחמן מופעלת עם כבל תרמופלסטי, כגון חומצה פולילאקטית, פוליויניל אלכוהול, או פוליפרופילן.ה fila הוא מוקסם וניתוק באמצעות nozzle, הפקדה חומר על ידי השכבה הראשונית של ציוד FFF היא בדרך כלל לא פחותה, אך ורק לאחר מכן הוא צורך לחץ על ידי חומר זהה של חומר לחץ דם נמוך.

צילום: Vat Photopolymerization

Stereolithography (SLA) ו עיבוד אור דיגיטלי (DLP) מציעים הרבה יותר רזולוציה גבוהה, המאפשר יצירת מבנים צמיגים מורכבים עם גדלים תכונה מתחת 100 מיקרומטרים. בתהליך זה, אבקת פחמן מופעל מפוזרת ב photopolymerizable resin. מקור אור מרפא באופן סלקטיבי את השרף, בונה את החלק על ידי שכבה גבוהה מאפשר ייצור של חומרת חלקה של נוזל חיסורת שומן, כי הם מתחמי מדויק של חומרת חמצון, בעוד ששומר לחץ דם גבוה, כי הוא שמירה על פני השטח של חומרת לחץ דם גבוה, כי הוא בטוח לחלוטין.

כתיבה ישירה

כתיבה ישירה (DIW) היא שיטה מבוססת חדירה המשתמשת מולקווס, מאפה קדמית ולא עוקץ מוצק.העברה זו יכולה להכיל ריכוז גבוה מאוד של חלקיקים פחמן מופעלים, לעתים קרובות מעל 50 אחוזים על ידי נפח, מעורב עם כמות קטנה של קושרים ופתרון.העברה הוא מוקרן באמצעות מטושטשת קלה ומהירות לאחר שמירה על פיזור פחמן, במיוחד על כמות קטנה של חומר נפץ גבוה.

Binder Jetting

כריכת Binder פועלת על ידי הפצת שכבת חומר אבקה דקת, במקרה זה מופעל פחמן, ולאחר מכן פיקדבן כורח נוזל דבק חלקיקים יחד.התהליך הוא חזר על שכבה על ידי שכבה עד שהמבנה המלא נוצר. Binder סילון להימנע מהצורך במריצה פולימרית לחלוטין, עשוי לפשט לאחר עיבוד.

מסלולי עיבוד עבור 3D-Printed מופעל פחמן Composites

הפחתת מבנה פחמן מופעל 3D פונקציונלי כרוך יותר מאשר רק ערבוב אבקת פחמן לתוך ניסוח מודפס.רצף לאחר עיבוד קריטי נדרש לעתים קרובות להסיר את הכבל הקרבי, לפתח את המבנה הפונק של פחמן, ולהבטיח את השלמות המכנית של החלק הסופי.

פיתוח: AMG Feedstock

נקודת המוצא של מבנים פחמן מודפסים רבים היא תמצית מרומזת מורכבת.מציאת האיזון הנכון של טעינת פחמן, סוג דביק, ונכסים rheological הוא חיוני.נמוך פחמן הטעינה נמוכה תוצאה של יכולת מודעות לא מספקת, בעוד טעינות גבוהות מדי להפוך את הזנות קשה להדפיס או לגרום החלק המודפס לסדקים במהלך טיפול יבש או תרמי.

תגובה: דיון, פחמן ומעשה

לאחר הדפסה, החלק המורכב מכיל נפח משמעותי של פולימר לא adsorptive.החומר לאחר עיבוד הרחם הופך את הכבל הזה לחומר פחמן איום, ובמקרים רבים, מפעיל את המבנה כולו.

  1. (FLT:0)Debinding.FLT:1 החלק המודפס מחומם לאט לאט באווירה אינרטית, כגון חנקן או ארגון, לטמפרטורות בין 300 ל-600 מעלות צלזיוס. במהלך שלב זה, הכבל האורגני מכווץ באופן תרמילי ונווטים.הקצב החימום חייב להיות מבוקר בקפידה כדי להימנע מדימום, סדקים או התמוטטות של הפלישול פחמן.
  2. (FLT:0)Carbonization.FLT:1 בטמפרטורות גבוהות יותר, בדרך כלל בין 600 ל-1,000 מעלות צלזיוס, החומר הדו-חמצני שנותר עובר פיירוליזה.אטומי הפחמן מהדהדים במבנה מסודר יותר, טורבוסטרי, והחומר מאבד אלמנטים לא פחמן.צעד זה מגדיל באופן משמעותי את התוכן פחמן ויכול לייצר מיקרו-פרוביות נוספת.
  3. (FLT:0) הפעלתו של .FLT:1 כדי להשיג את אזורי פני השטח הגבוהים האופייניים פחמן מופעל מסחרי, צעד הפעלה סופי נדרש.הפעלה גופנית משתמשת גז מחמצן, כגון פחמן דו חמצני או קיטור, בטמפרטורות בין 800 ל-1,000 מעלות צלזיוס.הגז מגיב עם אטומי פחמן, יצירת מיקרו-פוחיות ולהגדיל את הפודים הקיימים, באמצעות סוכנים כגון תחמוצת פחמן / פחמן, 000, 000, 000, ניתן לבצע טמפרטורות נמוכות יותר, אך ורקמות, אך ניתן לבצע עיבוד פחמן דו-חמצני.

נתיב עיבוד חלופי נמנע מכבל פולימר לחלוטין על ידי הדפסה עם חומר פחמן.לדוגמה, החוקרים ניסחו מחדשים פוטו-קוריים המכילים phenolic resin, אשר לאחר מכן הוא פחמן מופעל ישירות. גישה זו יכולה להפחית את הצטמקות ולשפר את התשואה הסופית של פחמן.

חדשנות ויתרונות ביצועים

היתרון העיקרי של הדפסה תלת מימדית על ייצור מסורתי הוא היכולת ליישם חידושים מבניים אשר משפרים ישירות את ביצועי סינון. חידושים אלה יכולים להיות מחולקים לשלוש קטגוריות רחבות: ארכיטקטורות זרימה, פורוזיות היררכיות ואינטגרציה מונוליטית.

אדריכלות זרימה מסודרת והורדת לחץ

במיטה מלאה של גרנולים, הנוזל חייב לנווט רשת כאוטית של חללים בין-דתיים. אקראיות זו יוצרת ירידה בלחץ גבוה, הדורשת יותר אנרגיה והגבלת קצבי זרימה. 3D הדפסה מאפשר בניית של לקטים הוזמנו, כגון מחסנים חצו-rod, צמיגים יהלומים, או משטח מינימלי זמני (TP) ג'ירואידים.

מחקרים הוכיחו כי מנוף תלת-ממדי של גרוטאיד יכול להשיג ירידה בלחץ ירידה של 40 עד 60 אחוזים בהשוואה למיטה ארוזה בגודל חלקיק שווה ערך, תוך שמירה על משככי המונים דומים או אפילו גבוה יותר.חלוקה זרימה אחידה מבטיחה כי כל חלק של מבנה הפחמן מנוצל ביעילות, למנוע ריצוף מוקדם להאריך את חיי המסנן.

אדריכלות: Hierarchical Pore Architecture

ביצועי אדסנס תלוי בהתפלגות גודל של גודל pore. Micropores (פחות מ 2 ננומטרים) לספק את שטח פני השטח הגבוה הדרוש ללכידת מולקולות קטנות. mesopores (2 עד 50 ננומטר) להקל על התחבורה של מולקולות למיקרופורסרים והם קריטיים עבור ערוצי מיקרו-מזהמים גדולים יותר. Macropores (יותר מ 50 ננומטרים) לשמש כבישים לזרימה מסורתית.

עיצוב היררכי זה הוא בעיקר יתרון להסרת מולקולות גדולות או איטיות, כגון תרופות, חומר אורגני טבעי, או כימיקלים תעשייתיים ספציפיים. על ידי צמצום תוואי דיפוזיה בתוך גרגר הפחמן עצמו, הקינטיקה הכוללת של מודעות הם מואצים, ומאפשר מסננים קטנים יותר כדי להשיג את אותה רמה של ביצועים כמו הרבה יותר מיטות ארוזות.

שילוב מונוליטי וצמצום המורכבות

מבנה פחמן בעל 3D ניתן לייצר יחידה מונוליטית אחת, חיסול הצורך במסכים תומכים, מפיץ ומערכות תמיכה מורכבות מיטה הנדרשת עבור מדיה גרפית. גישה מונוליטית זו מפשטת עיצוב מערכת, מקטין נתיבי דליפה פוטנציאליים, ומפחיתה את דרישות תחזוקה.עבור מסננים מים או מכשירים ניידים של טיהור אוויר, מונוליטית תלת מימדי יכול גם לשלב את אותה מחסנית, כמו גם מחסנית תאים מעודפתים.

יישומים בתעשיות מפתח

ההתאמה של מבני פחמן מופעלים 3D פותחה דלתות למגוון רחב של יישומים מיוחדים שבהם התקשורת המסורתית מגיעה למגבלות שלהם.

מים וטיפול במים

בטיפול במים עירוניים, הסרת זיהום מתפתח, כגון חומרים per- ופוליפלולקלי (PFAS), תרופות, ו שאריות חומרי הדברה, דורש מודעות חזקות, ביצועים גבוהים. 3D- מודפס פחמן מונוליטיות ניתן לתכנן עם גודל ספציפי של רפלקציה מכוון במיוחד לממדי מולקולרי של אלה מים תעשייתיים, שבו שיעורי זרימה ונפיחות של רמות סינון מהיר של רמות נמוכות יותר של תרופות מופחתות, מאפשר שיפור רמות של ירידה מהירה של תרופות מופחתת של טיפול אלקטרוניות.

אוויר וגז פורה

איכות אוויר פנימית ובקרת פליטה תעשייתית מייצגים שווקים מסיביים עבור תרכובות אורגניות מופעלות פחמן.וולטיל (VOCs), תחמוצות חנקן, ו- sulfur דו-חמצני הם מטרות משותפות. 3D-מחדש מבנים פחמן ניתן לשלב ישירות בתוך חימום, אוורור, ומיזוג אוויר (HVAC) מערכות הגנה נמוכה של מבנה קיבולת פחמן הוא בעל ערך במיוחד ביישומים HVAC, שבו minim מצמצם את צריכת אנרגיה נמוכה יותר, תוך שיפור יכולת הנשימה נמוכה (D) שיפור קיבולת הגנה נמוכה (HVD) קיבולת אבטחה גבוהה).

אחסון אנרגיה ושמירה על הסביבה

אותו אזור משטח גבוה ואת מבנה ⁇ אשר הופך פחמן מופעל מודעות מצוינות גם לעשות את זה חומר אלקטרודה יקר עבור supercapacitors ומערכות deionization קיבולי (CDI) הדפסה 3D מאפשר ייצור של עבה, ⁇ אלקטרודות עם אופטימיזציה של צינורות תחבורה כימי, פוטנציאל להגדיל את צפיפות האנרגיה ואת צפיפות הכוח של supercapacitors. ב CDI, שבו סטיות הם הסרת צינורות אלקטרו-דזה בדיוק על ידי צינורות חשמליים של פחמן דו-ממדיים מופעלת חומר אלקטרו-דומיים של פחמן, תוכנן עם 3D חומר נפץ חשמליות חומר נפץ מלאכותיים.

שילוב של פונקציות חכמות

אחד הגבולות המרגשים ביותר בחדירה 3D מודפס הוא שילוב של ניטור בזמן אמת ושליטה הסתגלות ישירות לתוך מבנה המסנן.זה קשה מאוד להשיג עם מדיה גרפית אבל הופך להיות אפשרי עם ייצור תוספים.

על ידי הדפסה של עקבות או הטמעת אלמנטים רגישים בתוך ה- Carbon lattice, מסנן יכול לדווח על רמת השכור שלו, לזהות פריצת דרך של יעד contaminant, או למדוד את ה- pH ואת העוצמה האנטונית של שולי ההזנה. לדוגמה, מדידה התנהגות פשוטה על פני עוקץ פחמן או ירידה מסוימת של אבטחה קשורה, כמו מודעות של מינים טמונים זה מאפשר זיהוי מוקדם של פחמן, כאשר הוא מתקרבת יכולת הפעלה גבוהה של פחמן, כגון תחליפית.

מעבר ניטור, הדפסה תלת-ממדית יכולה להקל על התחדשות של פחמן.על ידי שילוב אלמנטים חימום התנגדות ישירות לתוך מונוליטית, פחמן יכול להיות regenerated תרמי ללא הסרת המערכת. גישה זו חוסכת אנרגיה ומפחיתה פסולת, תמיכה מודל כלכלה מעגלית עבור תקשורת סינון.

אתגרים ומגבלות העומדות בפני מימון מסחרי

למרות היתרונות הטכניים המשמעותיים שלה, אימוץ נרחב של פחמן מופעל תלת-ממדי מול כמה מכשולים.המחסום המיידי ביותר הוא עלות.דפסה 3D הוא איטי יותר מאשר תהליכים עם הדבקה או extrusion. עבור צמחי טיפול במים עירוניים בקנה מידה גדול הדורשים טונות של מדיה, ייצור תוספת אינה תחרותית כיום מבחינה כלכלית.

סקלאלה היא אתגר קשור.בעוד הדפסה תלת מימדית עולה בייצור גיאוגרפית מורכבת, קנה ייצור מכמה יחידות לאלפים יחידות תוך שמירה על איכות עקבית ועלות נמוכה דורש השקעה משמעותית הון במערכות הדפסה במקביל או מדפסת בפורמט גדול.פוסט-מעבד, במיוחד את השלבים המרתיעים וההפעלה, יש לשלוט בזהירות על מנת להבטיח תכונות אחידות לאורך המבנה.

עמידות מכנית היא גורם קריטי נוסף.בעוד פחמן מופעל הוא מוסמך מבנית, הגרסאות 3D מודפס חייב להיות מסוגל לעמוד בשקיות של טיפול, זרימה נוזל, מחזורי התחדשות תרמית.הפרקים של מבנה לקטוף, במיוחד לאחר שהכובש הוסר והפחמן מופעל.

קווי עתיד וגבולות מחקר

השדה של פחמן מופעל תלת-ממדי מתקדם במהירות, עם כמה מגמות מתעוררות המכוונים לדחוף את הטכנולוגיה לתוך הזרם המרכזי. אינטליגנציה מלאכותית ולמידה מכונה מוחלות על אופטימיזציה של גיאומטריה מסנן במקום להסתמך על אינטואיציה או משפט-טרור, החוקרים יכולים להשתמש בדינמיקה נוזלי חישובית ואלגוריתמים גנטיים כדי ליצור באופן אוטומטי מבנים ל- lattice כי למקסם את יכולת המודעות תוך צמצום הלחץ עבור יישום ספציפי.

קיימות היא נהג מרכזי של חדשנות. Biochar, הנגזר מפסולת חקלאית, שאריות יער, או ביומסה אחרת, הוא מבשר בשפע ונמוך עבור פחמן מופעל.חוקרים מפתחים הזנות המשלבות ביושר עם biopolymers עבור הדפסה תלת-ממדית, פוטנציאל ליצור תקשורת סינון מתחדש לחלוטין.

הדפסה רב-חומרית היא עוד גבול.מערכות מפותחות שיכולות להדפיס ⁇ של גדלים או כימאים משטח בתוך מונוליטית יחיד.לדוגמה, החלק במעלה הזרם של מסנן יכול להיות מותאם עבור סינון חלקיקים גדול ותרכובות הידרופוביות הידרופוביות, בעוד החלק במורד הזרם למטה מטרות קטנות יותר, קוטביות יותר.זה משלבת עיצוב משולב מחקה מערכות סינון ביולוגי ומציעה רמה של סימטריה בלתי אפשרית עם מצופה ממין.

קבלה רגולטורית תהיה חיונית לחדירה לשוק, במיוחד ביישומים של מים לשתייה.אימות של אמצעי תקשורת מודפסים תלת-ממדיים נגד סטנדרטים מבוססים, כגון NSF / NSI 53 או 61, יש צורך לבנות אמון עם שירותים וצרכנים. כמו הטכנולוגיה התבגרה וגוף של ביצועים גדל, הדרך לאישור רגולטורי יהיה ברור יותר.

מסקנה

החידושים במבנים פחמן מופעלים 3D מייצגים התקדמות משמעותית במדעי סינון.על ידי פריצה חופשי מהמגבלות הגיאומטריות של מדיה גרפית, ייצור תוספים מאפשר יצירת מסננים מותאם אישית, ביצועים גבוהים כי הם יעילים יותר, צפוי יותר, חכם יותר מאשר קודמיו, בעוד אתגרים להישאר בייצור קנה וצמצום עלויות, היתרונות הייחודיים של הטכנולוגיה הזו כבר הוכחו יישומים משמעותיים, ומניעים במהירות גבוהה יותר, כמו פיתוח פחמן, כמו גם שיפור יעיל יותר, כמו גם שיפור יעיל יותר של מערכות פיתוח יעיל יותר.