英国巴斯大学研发3D打印膜 有望提高海水淡化效率

在全球范围内，水源压力逐渐增高。人口增加只会加速这一问题的紧迫性。目前，技术创新正在致力于解决此问题。海水淡化是一个解决方案，但迄今为止，这个过程已经被证明是非常昂贵和耗能的，所以它只适用于水资源最严重短缺的时候。

水净化，包括海水淡化，使用反渗透或通过包含薄膜复合聚酰胺膜的滤芯来处理海水。这些膜捕获盐和其他杂质，使淡水流过。放入墨盒中的膜会产生压力以迫使水流过，膜的过程效率会更高。膜的设计和制造进展有助于降低海水淡化所涉及的复杂性和成本。

一些研究人员正在寻求通过添加剂制造创造任何几何复杂形状或特征的膜。巴斯大学（英国）高级分离工程中心（CASE）的研究人员专注于使用添加剂制造开发分离膜工程的潜力，希望创造出比目前制造方法更准确的设计。

目前，膜主要通过称为“界面聚合”的方法生产，其将聚合物的薄致密层涂覆在支撑膜的表面上（其通常通过相转化形成）。膜结构控制的局限性意味着研究人员不能严格控制膜的设计，但是由于该方法已被广泛研究并被很好地理解，所以仍然是制造膜的首选工艺。

用于反渗透的3D打印膜的研究刚刚开始。以前的研究已经证明了添加剂制造技术在制备具有复杂3D几何体强度的膜应用的内部特征。关键是在设计过程中完全自由。

巴斯大学高级分离工程中心（CASE）主任DarrellPatterson博士告诉记者，3D打印膜具有传统制造的膜没有的许多优点。

他说：“新的3D打印设计可以通过印刷图案或自然灵感设计来减少膜污染，以减少结垢或浓缩极化，并增加透过膜的渗透。”

CASE团队着手从文献中回顾了使用目前所有添加剂制造方法生产的膜的优缺点，包括基于分辨率、精度、构造尺寸、速度、光聚合打印材料、粉末、材料挤出、层压、机械性能，支持和成本。

研究人员指出，3D打印技术尚未达到能够生产与现有产品具有成本竞争力的大型膜的能力，但他们的工作突出了技术的潜力。

展望未来，添加剂制造可用于制造通过选择性地将进料引导到分离子分子组的膜和减少结垢的特定部分的膜材料。其他部分可以用具有不同性质的不同材料打印，将不同的分子子集分开在同一张纸上。容纳膜的表面变形也可以更容易，当前的制造方法可以参与制造不太容易堵塞的膜。

添加剂制造也可以解决与反渗透中使用的高压相关的问题，特别是当需要脱盐水时，取决于要去除的盐浓度，达到50－80巴。

“目前的膜能够适应这些［压力］，”Patterson告诉小编。“我可以想象，未来的3D打印材料更加机械坚固，因此与现有材料相比，变形较小或受压力影响较小。”

与传统原型相比，快速原型设计在速度、效率和定制方面也可能是一个优势。CASE团队发现，3D打印不仅可以生产膜，而且可以生产间隔物和整个膜组件，这可能会降低总体生产时间。

此外，用于生产膜的AM工艺可以使得在制造期间控制表面和界面上的两种或更多种材料的组成，从而允许物理性质和特性的位置变化，例如材料的多个交替层或选择性分布另一种材料提高膜的性能。

2017年2月，研究人员将标题为“3D打印分离膜与相关非常规制作技术的比较”的论文发表在“膜科学”杂志上。