中國科學院蘭州化學物理研究所材料表面界面課題組近期利用3D打印先進制造技術與傳統(tǒng)表面工程手段相結(jié)合實現(xiàn)了水面浮油的高效分離與收集（Adv. Mater. Interfaces 2016, DOI: 10.1002/admi.201600015）。
隨著人們環(huán)境保護意識的日漸增強，工業(yè)含油廢水以及海上原油泄露等污染事件中浮油分離和收集問題亟待解決。近年來，受自然界超疏水表面如荷葉、水黽腿、蟬翼等啟迪，仿生(超)疏水-親油多孔材料如海綿、氣凝膠和金屬絲網(wǎng)等被廣泛研究并用于油水分離領域，顯示出了較大的應用前景。然而，由于多孔材料主要通過將油儲存于其微納米孔洞中實現(xiàn)油水分離，導致其儲油能力有限、吸收容量低，而且后期收集還需要擠壓等工序且清洗困難、重復使用性差等。因此，如何從溢油現(xiàn)場快速、便捷、低成本地收集浮油仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。
借助3D打印技術在計算機輔助設計（CAD）、自由制造加工和器件成型方面的優(yōu)勢，蘭州化物所科研人員發(fā)展了基于3D打印技術的油/水分離組件制造平臺，制造了由油/水分離網(wǎng)帽和底部容器組成的撇油器。具有優(yōu)異疏水-親油性的3D打印網(wǎng)帽利用過濾作用實現(xiàn)浮油快速分離并貯存于底部容器中，從而實現(xiàn)了汽油、食用油、礦物油等各種浮油的高效同步分離與收集。與多孔型吸油毯等油/水分離材料相比，該撇油器具有分離與收集同步進行、集油倍率高、易于清洗、可重復使用等優(yōu)勢。同時，所收集到的油在容器中具有很好的貯存穩(wěn)定性，即使在激烈振蕩、大幅度起伏、跌落等模擬海浪、風暴等情況下亦不會出現(xiàn)二次泄露，證明了其在惡劣環(huán)境下的適用性。另外，3D打印先進制造技術可根據(jù)實際需要設計，制造不同孔徑、大小和容量的油/水分離組件。3D打印油/水分離制造技術和平臺在易于設計和制造以及浮油高效同步分離與收集等方面的優(yōu)勢使其有望直接搭載于艦船進行溢油現(xiàn)場快速、高效、低成本的海洋清污工作。
該工作得到了國家自然科學基金項目、中科院重點部署和“西部之光”人才培養(yǎng)計劃項目、蘭州化物所“特聘人才計劃”項目以及甘肅普銳特科技有限公司的支持。
3D打印撇油器及浮油分離收集示意圖
