הבנה של זיהום מתכת כבד במים

זיהום מתכת כבד של מקורות מים הוא אתגר גלובלי דחוף וסביבתי.פעילות תעשייתית כגון כרייה, smelting, אלקטרו-plating, וייצור של מתכות רעילות כמו להוביל, כספית, קדמיום, ארסן, ו chromium לתוך נהרות, אגמים, וממים קרקעיים מורכבים, אך אלה contaminants הם ללא מחוספסים ויכולים לצבור באורגניזמים חיים, גרימת בעיות בריאותיות חמורות כולל נזק עצבי, הפרעות סביבתיות, מחלות קשות, מחלות סביבתיות, אך מחלות סביבתיות, אך הן תכונות שונות של סרטן עצמיות, אך הן בעלות רמות גבוהות של אנשים בעלי איכות חיים, אך הן בעלות סיכון כימיות, אך הן בעלות נמוכה של מחלות סביבתיות, אך הן בעלות נמוכה בעולם, אך הן בעלות נמוכה יותר, אך הן בעלות נמוכה של מחלות סביבתית, אך הן בעלות רמת חיים, אך הן יכולות להיות טיפול סביבתיות, אך הן בעלות נמוכה של מחלות סביבתיות, אך הן בעלות נמוכה של מחלות סביבתיות, אך הן בעלות טיפול סביבתית, אך הן יכולות להיות טיפול סביבתיות, אך הן יכולות להיות טיפול כימיות, אך הן יכולות להיות טיפול סביבתיות, אך הן יכולות להיות טיפול סביבתיות, אך הן יכולות להיות טיפול סביבתיות, אך הן יכולות להיות טיפול סביבתיות, אך הן יכולות להיות

תפקיד הדפסה 3D בסינון פילטר

ייצור אדקטיבית, הידוע בדרך כלל הדפסה תלת מימדית, בונה שכבת אובייקטים על ידי שכבה ממודלים דיגיטליים, המאפשר חופש גיאומטרי חסר תקדים והתאמה חומרית. בהקשר של סינון מים, טכנולוגיה זו מאפשרת מהנדסים לתכנן וליצור מסננים עם מבנים פנימיים מורכבים - כגון gyroid lattices, רשתות ⁇ ⁇ rearchical מים, וגיאוגרפיה מותאמת אישית - כי שטח פני השטח, אופטימיזציה של תאים יקרים, אופטימיזציה בין עיצובים זולים או מזיקים, בניגוד לתבנית יעילה של חומרת, או יעילה, הוא יעיל של חומרת משקל, או יעילה במיוחד.

יתר על כן, הדפסה תלת-ממדית מאפשרת שילוב ישיר של חומרים תגובתיים במבנה המסנן.לדוגמה, מסנן ניתן להדפיס באמצעות סחף מורכב המכיל אבקת פחמן מופעל, זאוליטים, או אפילו מודעות בגודל ננו-קלידונים. שילוב זה מבטל את הצורך במיטות תקשורת נפרדות ויכול לשפר את הביצועים על ידי הבטחת הפצה אחידה של אתרים פעילים.

יתרונות מרכזיים על ייצור מסורתי

  • מורכבות:0 (Geometric Complex: FLT:1 הדפסה 3D יכול לייצר צורות בלתי אפשריות כדי להטיל או מכונה, כגון משטחים מינימליים זמניים זמניים זמניים המספקים שטח על פני השטח גבוה תוך שמירה על שלמות מבנית וירידה בלחץ נמוך.
  • (FLT:0) הקצאה בקנה מידה: FLT:1 פילטרים יכולים להיות מותאמים אישית עבור שיעורי זרימה ספציפיים, פרופילים contaminant, ומגבלות פיזיות (למשל, החזקות משק בית, עמודות בקנה מידה קהילתי, או מכשירים ניידים).
  • יעילות אווירית:0 (FLT:1) תהליכים אדפטיים מייצרים מעט פסולת בהשוואה לשיטות תת-טרקטיות, צמצום עלויות החומר וטביעה סביבתית.
  • (FLT:0) פריסת ראדי:FLT:1 במצב חירום או הגדרות מרוחקות, מדפסת תלת-ממדית וגל של חתירה מיוחדת יכול לייצר מסננים באתר, עקיפה שרשרת אספקה מורכבת.
  • (FLT:0) אינטגרציה של ריבוי פונקציונליות: חיישנים של ראט" 1 , סוכנים אנטימיקרוביאליים, או משטחים קטליטיים ניתן להטמיע במהלך הדפסה עבור יכולות נוספות.

עקרונות עיצוב עבור 3D הדפסה מסננים מתכת כבד

תכנון מסנן מתכת כבד 3D יעיל דורש הבנה עמוקה של דינמיקות נוזל וכימיה. מסנן חייב לאפשר מים לזרום בקצב מקובל (בדרך כלל 1-5 ליטר לדקה לשימוש ביתי) תוך מתן זמן מספיק מקום מגורים עבור מודעות או ion חילופי תגובות. Computational נוזל (CD) סימולציות משמש לעתים קרובות כדי לייעל גיאוגרפיות, מצמצם אזורי מתכתיים, ולהבטיח את זרימת הדם הפעילה של תפקוד הדם.

מבנה ושטח הפנים

אחד הפרמטרים העיצוביים העיקריים הוא האדריכלות הנקורית. Macro-pores (> 50 nm) להקל על תחבורה מים, בעוד mesopores (2–50 nm) ומיקרו-פוורס ( < 2 nm) להגדיל את שטח פני השטח הזמין עבור מודעות. 3D הדפסה מאפשר עיצובים חד-ממדיים מופעלים המשלבים את כל שלושת המישורים.

מיקום חומרי ו- Active Sites

הבחירה של טכנולוגיית הדפסה תלת מימדית משנה.Fed deposition Modeling (FDM) היא השיטה הנפוצה ביותר לייצור אבטיפוס מסנן, באמצעות סדקים תרמופלסטיים עמוסים חלקיקים של מודעות או חלקיקים.עם זאת, תהליך החדירה חייב להימנע מ clogging ולהבטיח פיזור אחיד של חומרים פעילים. Binder סילון וכתוב ישיר (DW) מציעים גמישות רבה יותר עבור שילוב מתכת או אבקה, אשר יכול בדרך כלל לפתח תכונות דיגיטליות.

לאחר הדפסה, המסנן עשוי לעבור עיבוד - כגון הפעלה כימית, חימום כדי להסיר מקלעים, או ציפוי עם שכבה דקה של מודעות סלקטיבית מאוד כמו מסגרת אורגני מתכת (MOF) או שכבת hydroxide כפול כפול (LDH) ציפויים אלה יכולים להגדיל באופן דרמטי את קצבה עבור מתכות כבדות ספציפיות.

אפשרויות וחדשנות

הברירה החומרית של מסנני מים מודפסים 3D מונעת משלושה קריטריונים: בטיחות (לא רעילה, ללא ניכוי של חומרים מזיקים), התנגדות כימית (לוח תחת טווח pH רחב, chlorine, ו-oxidants משותף), ושלמות מכנית (לחץ מים מובנים, טיפול וניקוי).

המונחים: Polymer-based Composites

ה-Nammoplastics כמו חומצה פולילאקטית (PLA), acrylonitrile Butadiene styrene (ABS), ופוליאתילן terephthalate glycol (PETG) הם נפוצים FDM filaments. הם זולים, קלים להדפיס, וניתן לטעון עם עד 50 אחוזים של אבקת מודעות כגון פחמן, פחמן, פחמן, פחמן, פחמן, פחמן סגסוגת יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל,

Ceramic ו- Metal-based Filters

כתב נחושת ישיר של פסים קרמיקה - כגון אלומיניום, טיטניה או סיליקה - במעקב על ידי חטא מייצר מסננים חזקים עם התנגדות כימית מעולה קרמיקה אלה ניתן להמנע עם מודעות ספציפיות בזמן הדפסה או לאחר הסרת חומרים לאחר עיבוד של 1 מתכת-מכסה, כמו נחושת או נירוסטה פלדה 316L, הם גם מתעוררים בעוד מתכות יכולות להיות מסגסוגת מגנטית (Fernbed) כבדות, 000) כי הם חומרים אנטי-חומצה מגנטית (מסוגיה) סגסוגת כבדות (מסוגלמסוגל) או חומצה מגנטית (DRicial) סגסוגת).

אפשרויות אבטחה ואפשרויות בטיחות מזון

עבור מסננים המיועדים לשתייה מים, חומרים חייבים לציית לסטנדרטים NSF / NANSI לבטיחות. Polypropylene (PP) הוא תרמופלסטי בטוח מזון שניתן להדפיס 3D באמצעות מערכות מיוחדות המבוססים על מחיקה.חומר מבטיח אחר הוא פוליאתרסלון (PES), אשר משמש במסננים מסחריים לא קרום.

מחקרים ויישומים אמיתיים

(FLT:0)Felod Trial בהודו הכפרית:2 A צוות מהמכון ההודי לטכנולוגיה (IIT) Kanpur פיתחה מחסנית מסונן 3D באמצעות PLA טעון עם תחמוצת ברזל ולוחמת פחמן מופעלת על ידי מחסנית פחמן (IIT) הוצבה בכפר ב Uttarridge, שבו רמות מיליטריות עלו מעל 200 גרם / μ / μ / מילימטר נמוך יותר מ מילימטרים (המחיר של 10 ליטר 10 ליטר) ל- 10 ליטר נמוך יותר מ מחסנית מים נמוך יותר מ מחסנית נמוך יותר מ מחסנית של 5 ליטרים.
(FLT:0) ;Felorban Industrial Site Recovery:FLT:2 בפרויקט משותף בין אוניברסיטת קליפורניה, ברקלי וסטארט-אפ, מסנן הנדסת gyroid lattice היה מודפס 3D מ- 3D מ- קרמיקה-alginate מורכב.המסנן הוצב כדי להסיר את העופרת ו- CIRF מסולף במתקן מחזורי סוללות לשעבר, אשר ניתן ל-DGMAFDGMAD ל- 10.
(ב) [ה]0

10]5 [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]התשובה] ל[הה] ל[דרושה] [ה]:2 לאחר ההוריקן מריה, מדפסות תלת מימדיות ניידות לכדי פילטרים מרוחקים, הן ניתנות הקלה מיידית על ידי צמצום חומרים מקורם של חומרי מתכת כבדים (בעיקר למגבלות פחמן מפולנית).

אתגרים ומגבלות

למרות הבטחתו, הדפסה תלת-ממדית של מסננים כבדים של מים מתכת ניצבת בפני כמה מכשולים שיש לטפל בהם לפני אימוץ נרחב אפשרי.

מהירות ייצור ומהירות ייצור

תהליכי הדפסה תלת מימדיים הנוכחיים איטיים יחסית בהשוואה לטכניקות ייצור המוניות כמו הזרקת עובש או ליהוק.הפחתת מחסנית סינון בית יחיד יכול לקחת כמה שעות, והיקף של מיליוני יחידות בשנה ידרוש חוות מדפסת גדולות. בעוד ייצור תוספים מצטיין בהתאמת אישית, זה עדיין לא תחרותי עבור מוצרים מתות בקנה מידה עולמי.

עלויות חומרים מיוחדים

[המסמכים המוטעים במודעות באיכות גבוהה או חלקיקים נשאר יקר.לדוגמה, spool של PLA עם טעינה גבוהה של חלקיקים כסף יכול לעלות מעל 200 $ לקילוגרם, מה שהופך אותו ללא כלכלי עבור אזורים רבים המתפתחים.מחקר הוא מתמשך לפתח חומרים מורכבים נמוך באמצעות מינרלים כמו bauxite, חימר, או פסולת bioss.F:0bnue לתוך כלכלות מתפתחות נמוכה יותר; 000 הוא משולב פחמן-upit מקומי.

תנאי ארוך והתחדשות

רוב מסננים 3D מודפסים הם שימוש יחיד או יש יכולת חידוש מוגבלת.לאחר אתרי המודעות רווי, המסנן חייב להיות מוחלף או regenerated כימית (למשל, חומצה או בסיס כביסה) regenerationed יכול להרוס את המבנה המודפס, במיוחד פולימרים כי רמאים כי רכך או swell ב פותרים.מחקר הוא חקר חומרים מודפסים שניתן לשחזר ללא ביצועים מרובים של אובדן, כגון פולומים או קרמיקה.

סודיות ואיכות

מסנני מים מוסדרים במדינות רבות (למשל, NSF /ANSI 53 או 42 בארצות הברית) הקובע כי מסננים 3D מודפסים לעמוד באופן עקבי בסטנדרטים של ביצועים דורש בדיקות קפדניות.הגמישות הטבועה בייצור תוספים - כגון שכבת הדבקה בconsististities, וריאציות פורוסיות, והבדלים filament - גורם בקרת איכות מאתגרת.

כיוונים עתידיים ופילטרים חכמים

הדור הבא של מסנני מים מודפסים 3D צפוי לשלב אלקטרוניקה ורגישות יכולות ליצור מערכות סינון "חכם" (Smart) .כי הדפסה תלת-ממדית מאפשרת את ההטמעת עקבות התנהגותיות, מיקרו-בקרים, ואלקטרודות ישירות לתוך המבנה המסנן, ניתן לייצר מכשירים שיכולים לפקח על רמות זיהום בזמן אמת ואזהרה משתמשים כאשר הצרכים של החלפת.

גילוי בזמן אמת

החוקרים הראו מסננים עם אלקטרודות פחמן מודפסות שיכולים לזהות בצל מתכת כבד באמצעות תנומטים.לדוגמה, אלקטרודה מודפסת המצופה עם סרט דו-תתות יכול לזהות קדמיום ומובילה בריכוזים של חלקיקים- מיליארדים. על ידי שילוב חיישנים כאלה לתוך הפילטר, המערכת יכולה לספק קריאה מיידית של איכות מים, מה שמעצים משתמשים לקבל החלטות בעלות ערך במיוחד בבדיקה של מעבדה.

ניקוי עצמי והפקה מחדש של מסננים

גבול נוסף הוא פיתוח של מסננים שיכולים לנקות את עצמם.שימוש בחומרים גרפיים מודפסים, מסנן יכול להיות מחווט כדי להתפזר חלקיקים לכודים או להאיץ את שחרור מתכות מודעות או מחוסמות. לחלופין, אלמנטים חימום מודפסים יכולים לשחזר באופן תרמיל פרסומות אובנס. תכונות כאלה יכולות להאריך את המסנן חיים מחודשיים עד שנים, להפחית באופן דרמטי פסולת ועלויות.

עיצוב למידה-אופטימי

השילוב של הדפסה תלת מימדית וכלים עיצוב חישוביים כמו עיצוב ניוון ואופטימיזציה טופולוגיה יכול להניב מסנן גיאוגרפיות שאינן אינטואיטיביות מהנדסים אנושיים. אלגוריתמים למידת מכונות יכולים להיות מאומן לחזות ביצועי מודעות המבוססים על גודל pore, tortuosity, וקומפוזיציה חומרית, ואז פלט אופטימלית עיצובים 3D-printable.זה סינרגיה יכול להאיץ את גילוי של מסננים ביצועים גבוהים עבור תערובת ספציפית conminant.

מסקנה

הדפסה תלת-ממדית מציעה פלטפורמה מגוונת, מותאמת אישית, וניתן לפרוס במהירות לפיתוח מסננים מים מתכתיים כבדים שמטפלים במגבלות של טכנולוגיות קונבנציונליות, על ידי מתן מטרות מורכבות, שילוב חומרי סלקטיבית, ייצור מבוזר, ייצור תוספים יש פוטנציאל להביא מים בטוחים לאוכלוסיות מוחלשות, להגיב לאסונות פיתוח תעשייתיים, ולספק פתרונות ממוקדים לאתגרי מתכת כבדים מסוימים, בעוד שנוגעים להיקף, עמידות לטווח ארוך, כמו גם חומרים משפטיים, ללא שינוי מדעי מתמשך, ללא שינוי, כמו גם חומרים מתקדמים, ללא שינוי, בטווח הארוך, ללא שינוי יעיל, כמו גם בטווח הארוך, כמו גם, כמו גם, כמו גם חומרים מתקדמים, ללא ספק, כמו גם בטווח הארוך, כמו גם חומרים מתקדמים, טיפול ב- 3D, מבטיח, טיפול יעיל של 3D, טיפול יעיל של 3D, טיפול יעיל של חומרים מתקדמים, טיפול יעיל של חומרים מתקדמים, טיפול יעיל של חומרים מתקדמים, ללא שינוי חומרים מתקדמים, ללא שינוי חומרים מתקדמים, טיפול ב-ידי פיתוח יעיל של חומרים מתקדמים, ללא שינוי יעיל של חומרים מתקדמים, טיפול ב-ידי בדיקות מעבדה, ללא שינוי חומרים מתקדמים, ללא שינוי, ללא טיפול תרופתי, טיפול ב-ידי בדיקות מעבדה, טיפול תרופתי, טיפול, טיפול, טיפול יעיל של 3D.