一种3D打印制造处理污水用搅拌器的方法与流程

本发明属于环境修复技术领域，涉及到3d打印搅拌器，具体涉及用含铁聚乳酸3d打印制造能除去污水中有机染料分子和部分重金属离子用的搅拌器的方法。

背景技术：

水作为人类赖以生存的必需资源，在很多干旱缺水地区已经明显趋于紧缺。水污染造成大量水资源的浪费，并且水中的污染物会引起多种人体健康问题。因此，大量污水处理方法被发展出来。有机染料和重金属离子是水中常见的两类污染物，可以通过吸附、絮凝、氧化降解等步骤来除去。例如，高级氧化法之一的芬顿反应，就常被用来处理水中的有机染料。而在铜、汞等重金属离子的去除过程中，可以通过金属间还原置换除去不同金属离子。例如废铁屑就可以和硫酸铜反应提取铜，并生成硫酸铁产品。目前，污水中除去染料分子的芬顿反应和去除金属离子常用的置换过程使用的设备和化学试剂各不相同，方法过程各异。这为处理同时含有金属离子和有机染料的复杂成分的污水带来了很多不变。因此发展一种能够用来处理不同种类污水的廉价通用方法就显得非常重要。

在污水处理中，其核心过程是氧化反应的催化剂或者各种吸附剂、置换剂与污染物之间的多相反应过程，这些多相反应过程都是在界面上发生的，污染物在界面间进行物质迁移和催化反应。在这些多相反应中，搅拌影响的扩散过程往往是决定反应效率的重要步骤之一。同时，传统的简单播撒添加催化剂、絮凝剂或置换剂的方法会造成污水中引入大量的外来物质，后续分离处理工作也费时费力。因此，发展一种新的污水处理方法，能够快速将污染物从水中消除，且水处理药剂也可以快速从污水中移除就显得非常重要。

3d打印是近年来发展起来的一种新型增材制造技术，它可以通过逐层累加的过程将多种材料制造成人们需要的形状。例如塑料、金属、陶瓷以及各种具有物理和化学活性的复合材料都可以采用3d打印的方式将其加工成预先设计完成的形状。因此具有污水处理功能的化学物质也应可以通过3d打印的方式进行加工成型，形成具有机械搅拌能力的搅拌器件。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用3d打印技术结合表面处理的方法，构筑一种能够处理有机污水的3d打印搅拌器装置。

本发明的技术方案：

一种3d打印制造处理污水用搅拌器的方法，步骤如下：

用熔融沉积型3d打印机打印搅拌器，所述的搅拌器的材质为含铁的聚乳酸；

在水浴温度为50℃～60℃条件下，将打印的搅拌器置于naoh溶液中处理10～20分钟，使得搅拌器上铁颗粒外包覆的pla溶于naoh溶液中，并暴露出fe颗粒；此时的搅拌桨由于表面存在铁颗粒，故可用于直接置换处理含金属离子的污水；

配制饱和nacl的h2o2水溶液；将经过naoh溶液处理后的搅拌器置于饱和nacl的h2o2溶液中处理1.8～2.3小时，得到刻蚀的搅拌器，由于搅拌器表面的fe颗粒被h2o2氧化成了fe2o3，故该搅拌桨可用于催化处理污水中的有机染料分子。

本发明的有益效果：一、本发明采用“增材制造”方法，利用3d打印技术进行加工成型，可以加工出人们预先设计完成的形状；二、打印出的搅拌器件经过表面处理后，同时具有搅拌和催化两种功能，消除了反应过程中的扩散过程，提高了反应效率；三、在处理完污水中的有机染料或重金属离子后可以直接将搅拌桨取出，较传统播撒催化剂的方法简单易行，易于催化剂的有效分离；四、可循环多次处理含有机染料的污水，并且有机染料的去除率基本不变。

附图说明

图1是设计的3d搅拌桨模型示意图。

图中：1搅拌桨叶片；2套轴的圆筒。

具体实施方式

下面将结合附图和技术方案，以优选实例为例进一步对本发明进行详细的描述。

实施例1

一种3d打印搅拌器处理含金属离子污水的方法，具体步骤如下：

(1)使用123ddesign建模软件设计搅拌桨模型，使用熔融沉积型3d打印机打印出搅拌桨，该搅拌桨共有6个叶片，每个叶片厚为0.8mm，长为15mm，高为10mm，套筒高为30mm，采用的打印线为商品化掺铁的pla打印线。

(2)称取10g氢氧化钠放入500ml烧杯中，加入250ml去离子水，搅拌溶解，得到浓度为1mol/l的naoh水溶液。

(3)将步骤(2)所得naoh水溶液水浴加热至54℃，并将步骤(1)打印的搅拌桨置于该naoh中处理15分钟，使得搅拌桨外表面的pla溶于naoh而暴露出fe颗粒。

(4)取出步骤(3)所得搅拌桨，并用去离子水反复冲洗干净，后自然晾干，即得到可以处理水中重金属离子的搅拌桨。

(5)将步骤(4)晾干得到的搅拌桨套筒套在机械搅拌装置的转轴上，处理80ml含汞浓度为100mg/l或含铜浓度为20mg/l的污水，调节机械搅拌的搅拌速度为300rad/min，搅拌8小时，即可实现含汞或铜污水的深度处理，通过原子吸收分光光度计(icp)测试，处理后的水样中，汞含量几乎为零，即移除率高达100％，铜含量移除率也高达97％。

实施例2

一种3d打印搅拌器处理有机污水的方法，具体步骤如下：

(1)使用123ddesign建模软件设计搅拌桨模型，使用熔融沉积型3d打印机打印出搅拌桨，该搅拌桨共有6个叶片，每个叶片厚为0.8mm，长为15mm，高为10mm，套筒高为30mm，采用的打印线为商品化掺铁的pla打印线。

(2)称取10g氢氧化钠放入500ml烧杯中，加入250ml去离子水，搅拌溶解，得到浓度为1mol/l的naoh水溶液。

(3)将步骤(2)所得naoh水溶液水浴加热至54℃，并将步骤(1)打印的搅拌桨置于该naoh中处理15分钟，使得搅拌桨外表面的pla溶于naoh而暴露出fe颗粒，并用去离子水反复冲洗干净，后自然晾干。

(4)将步骤(3)所得晾干的搅拌桨进行进一步的刻蚀处理。量取36ml质量分数为30％的过氧化氢，并加入80ml去离子水，配制得到质量分数为10％的h2o2溶液；再加入过量氯化钠至饱和，充分搅拌溶解，得到饱和nacl的h2o2溶液。将步骤(3)得到的搅拌桨置于该nacl饱和溶液中刻蚀处理2小时，后用去离子水冲洗干净自然晾干，即得到可催化处理污水中亚甲基蓝降解的搅拌桨。

(5)在100ml烧杯中倒入80ml含亚甲基蓝浓度为100ppm的污水，向其中加入1ml质量浓度为30％的h2o2溶液，并加入44mg盐酸羟胺；将步骤(4)得到的搅拌桨套筒套在机械搅拌装置的转轴上，设置搅拌速度为300rad/min，搅拌30分钟后，用紫外分光光度计测试反应前后亚甲基蓝的浓度，计算得到处理后亚甲基蓝去除率达到88％。

(6)重复步骤(5)，使用步骤(5)催化使用后的搅拌桨进行重复催化亚甲基蓝光降解，反复循环10次，反应30分钟后，亚甲基蓝的去除率仍然能够达到87％。

技术特征：

技术总结
一种3D打印制造处理污水用搅拌器的方法，属于环境修复技术领域。用熔融沉积型3D打印机打印材质为含铁的聚乳酸的搅拌器；在水浴温度为50℃～60℃条件下，将打印的搅拌器置于NaOH溶液中处理10～20分钟，使得搅拌器上铁颗粒外包覆的PLA溶于NaOH溶液中，并暴露出Fe颗粒；此时的搅拌桨由于表面存在铁颗粒，用于直接置换处理含金属离子的污水；将经过NaOH溶液处理后的搅拌器置于饱和NaCl的H2O2溶液中处理1.8～2.3小时，得到刻蚀的搅拌器，由于搅拌器表面的Fe颗粒被H2O2氧化成了Fe2O3，用于催化处理污水中的有机染料分子。可循环多次处理含有机染料的污水，并且有机染料的去除率基本不变。

技术研发人员：陶胜洋;孙雪艳;闫英;于永鲜
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2017.06.30
技术公布日：2017.09.29