Stampa 3D per la filtrazione dell’acqua: membrane come barriere alla contaminazione
I ricercatori degli Stati Uniti e della Corea stanno approfondendo la tecnologia di purificazione dell’acqua, rilasciando i loro risultati in ” Verso membrane più ecologiche con tecnologia di stampa 3D “. Con la necessità di processi più ecologici in molti settori oggi, gli scienziati di tutto il mondo stanno studiando tecniche più efficienti dal punto di vista energetico. L’acqua e la natura critica della purificazione per sostenere la vita umana non fanno eccezione.
L’uso delle membrane continua a crescere in popolarità per la prevenzione della contaminazione, ma come sottolineano gli autori, ci sono molti inconvenienti che devono ancora essere risolti – e una migliore fabbricazione è in cima alla lista. Attualmente, la maggior parte delle membrane sono create attraverso tecniche come l’elettrospinning, la polimerizzazione interfacciale e altri metodi come l’inversione di fase, estremamente popolari per la produzione commerciale di membrane.
“La maggior parte delle membrane polimeriche porose sono fabbricate con metodi di separazione di fase indotta da solventi (NIPS) e di separazione di fase indotta termicamente (TIPS). Per NIPS, la soluzione polimerica è immersa in un bagno di coagulazione non solvente con conseguente scambio di solvente e non solvente per formare una membrana superficiale asimmetrica e densa che può essere utilizzata per i sistemi di osmosi inversa (RO) e nanofiltrazione (NF), “Hanno dichiarato i ricercatori.
Membrane più progressive sono state introdotte in ricerche precedenti tramite “Realizzazione di membrane composite a film sottile (TFC) assistite dalla stampa 3D mediante nebulizzazione elettronica di due soluzioni monomeriche per fabbricare uno strato di poliammide attraverso la polimerizzazione interfacciale su un substrato polimerico”. Successivamente, la stessa tecnica è stata ulteriormente perfezionata per realizzare una membrana autoportante di ultrafiltrazione (UF) stampata in 3D.
I vantaggi attuali della stampa 3D per membrane includono:
Sostenibilità
Riduzione del rischio
Accessibilità
Precisione
Mobilità
Effetto della produzione sul consumo di energia. L’immagine è riprodotta da un precedente studio della US Energy Information Administration.
Le limitazioni relative alle membrane si trovano nel settore della stampa 3D, secondo gli autori. E mentre la produzione su nanoscala è certamente presente, la precisione diventa “un problema critico”. La stampa 3D offre ovviamente vantaggi a molti utenti, sia nelle micro che nelle macro applicazioni; tuttavia, per la produzione di membrane stampate in 3D, è necessaria un’ulteriore evoluzione della tecnologia. Ciò include la necessità di dimensioni più efficienti dell’hardware:
“Anche per la fabbricazione di oggetti di piccole dimensioni, sono necessarie enormi stampanti 3D. Di conseguenza, anche la produzione in serie dei prodotti diventa difficile ”, hanno affermato i ricercatori.
L’accessibilità economica è ancora un ostacolo, che ancora una volta i ricercatori attribuiscono alle grandi dimensioni delle stampanti e alla quantità di materiale e assemblaggio richiesti. La precisione è un altro grosso problema per le membrane di qualità di stampa 3D, poiché le stampanti sono create per utilizzare materiali standard o altri materiali specifici.
“Come alternativa più ecologica agli attuali metodi di fabbricazione di membrane ad alto spreco, la stampa 3D riduce al minimo i rifiuti creati durante i processi di produzione, imballaggio e trasporto. Inoltre, i rischi sono anche ridotti dalla fabbricazione remota. Attualmente, la ricerca relativa alle membrane stampate in 3D è ancora agli inizi ”, hanno concluso i ricercatori. “Tuttavia, man mano che la stampa 3D continua a svilupparsi, si svilupperà anche la fabbricazione di membrane che utilizza la tecnologia e sarà comunemente applicata negli impianti di trattamento delle acque e di dissalazione”.
“I ricercatori dovrebbero prestare ulteriore attenzione alle membrane stampate in 3D considerando i loro principali contributi come un metodo di fabbricazione sostenibile, che riduce i rischi, economico, preciso e mobile per un ambiente più verde.”
Concentrazione calcolata di solvente nelle acque reflue durante i processi convenzionali di fabbricazione della membrana con il livello di soglia per richiedere un trattamento adeguato prima dello smaltimento o del riutilizzo. Questa figura mostra il risultato di un sondaggio condotto da Razali et al. su come le aziende produttrici di membrane smaltiscono le acque reflue del bagno di coagulazione. L’immagine è riprodotta dal rif. [18] – Pubblicato da The Royal Society of Chemistry. 