本發(fā)明屬于環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到3d打印攪拌器，具體涉及用含鐵聚乳酸3d打印制造能除去污水中有機(jī)染料分子和部分重金屬離子用的攪拌器的方法。

背景技術(shù)：

水作為人類賴以生存的必需資源，在很多干旱缺水地區(qū)已經(jīng)明顯趨于緊缺。水污染造成大量水資源的浪費(fèi)，并且水中的污染物會(huì)引起多種人體健康問題。因此，大量污水處理方法被發(fā)展出來。有機(jī)染料和重金屬離子是水中常見的兩類污染物，可以通過吸附、絮凝、氧化降解等步驟來除去。例如，高級氧化法之一的芬頓反應(yīng)，就常被用來處理水中的有機(jī)染料。而在銅、汞等重金屬離子的去除過程中，可以通過金屬間還原置換除去不同金屬離子。例如廢鐵屑就可以和硫酸銅反應(yīng)提取銅，并生成硫酸鐵產(chǎn)品。目前，污水中除去染料分子的芬頓反應(yīng)和去除金屬離子常用的置換過程使用的設(shè)備和化學(xué)試劑各不相同，方法過程各異。這為處理同時(shí)含有金屬離子和有機(jī)染料的復(fù)雜成分的污水帶來了很多不變。因此發(fā)展一種能夠用來處理不同種類污水的廉價(jià)通用方法就顯得非常重要。

在污水處理中，其核心過程是氧化反應(yīng)的催化劑或者各種吸附劑、置換劑與污染物之間的多相反應(yīng)過程，這些多相反應(yīng)過程都是在界面上發(fā)生的，污染物在界面間進(jìn)行物質(zhì)遷移和催化反應(yīng)。在這些多相反應(yīng)中，攪拌影響的擴(kuò)散過程往往是決定反應(yīng)效率的重要步驟之一。同時(shí)，傳統(tǒng)的簡單播撒添加催化劑、絮凝劑或置換劑的方法會(huì)造成污水中引入大量的外來物質(zhì)，后續(xù)分離處理工作也費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，發(fā)展一種新的污水處理方法，能夠快速將污染物從水中消除，且水處理藥劑也可以快速從污水中移除就顯得非常重要。

3d打印是近年來發(fā)展起來的一種新型增材制造技術(shù)，它可以通過逐層累加的過程將多種材料制造成人們需要的形狀。例如塑料、金屬、陶瓷以及各種具有物理和化學(xué)活性的復(fù)合材料都可以采用3d打印的方式將其加工成預(yù)先設(shè)計(jì)完成的形狀。因此具有污水處理功能的化學(xué)物質(zhì)也應(yīng)可以通過3d打印的方式進(jìn)行加工成型，形成具有機(jī)械攪拌能力的攪拌器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用3d打印技術(shù)結(jié)合表面處理的方法，構(gòu)筑一種能夠處理有機(jī)污水的3d打印攪拌器裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種3d打印制造處理污水用攪拌器的方法，步驟如下：

用熔融沉積型3d打印機(jī)打印攪拌器，所述的攪拌器的材質(zhì)為含鐵的聚乳酸；

在水浴溫度為50℃～60℃條件下，將打印的攪拌器置于naoh溶液中處理10～20分鐘，使得攪拌器上鐵顆粒外包覆的pla溶于naoh溶液中，并暴露出fe顆粒；此時(shí)的攪拌槳由于表面存在鐵顆粒，故可用于直接置換處理含金屬離子的污水；

配制飽和nacl的h2o2水溶液；將經(jīng)過naoh溶液處理后的攪拌器置于飽和nacl的h2o2溶液中處理1.8～2.3小時(shí)，得到刻蝕的攪拌器，由于攪拌器表面的fe顆粒被h2o2氧化成了fe2o3，故該攪拌槳可用于催化處理污水中的有機(jī)染料分子。

本發(fā)明的有益效果：一、本發(fā)明采用“增材制造”方法，利用3d打印技術(shù)進(jìn)行加工成型，可以加工出人們預(yù)先設(shè)計(jì)完成的形狀；二、打印出的攪拌器件經(jīng)過表面處理后，同時(shí)具有攪拌和催化兩種功能，消除了反應(yīng)過程中的擴(kuò)散過程，提高了反應(yīng)效率；三、在處理完污水中的有機(jī)染料或重金屬離子后可以直接將攪拌槳取出，較傳統(tǒng)播撒催化劑的方法簡單易行，易于催化劑的有效分離；四、可循環(huán)多次處理含有機(jī)染料的污水，并且有機(jī)染料的去除率基本不變。

附圖說明

圖1是設(shè)計(jì)的3d攪拌槳模型示意圖。

圖中：1攪拌槳葉片；2套軸的圓筒。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和技術(shù)方案，以優(yōu)選實(shí)例為例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

一種3d打印攪拌器處理含金屬離子污水的方法，具體步驟如下：

(1)使用123ddesign建模軟件設(shè)計(jì)攪拌槳模型，使用熔融沉積型3d打印機(jī)打印出攪拌槳，該攪拌槳共有6個(gè)葉片，每個(gè)葉片厚為0.8mm，長為15mm，高為10mm，套筒高為30mm，采用的打印線為商品化摻鐵的pla打印線。

(2)稱取10g氫氧化鈉放入500ml燒杯中，加入250ml去離子水，攪拌溶解，得到濃度為1mol/l的naoh水溶液。

(3)將步驟(2)所得naoh水溶液水浴加熱至54℃，并將步驟(1)打印的攪拌槳置于該naoh中處理15分鐘，使得攪拌槳外表面的pla溶于naoh而暴露出fe顆粒。

(4)取出步驟(3)所得攪拌槳，并用去離子水反復(fù)沖洗干凈，后自然晾干，即得到可以處理水中重金屬離子的攪拌槳。

(5)將步驟(4)晾干得到的攪拌槳套筒套在機(jī)械攪拌裝置的轉(zhuǎn)軸上，處理80ml含汞濃度為100mg/l或含銅濃度為20mg/l的污水，調(diào)節(jié)機(jī)械攪拌的攪拌速度為300rad/min，攪拌8小時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)含汞或銅污水的深度處理，通過原子吸收分光光度計(jì)(icp)測試，處理后的水樣中，汞含量幾乎為零，即移除率高達(dá)100％，銅含量移除率也高達(dá)97％。

實(shí)施例2

一種3d打印攪拌器處理有機(jī)污水的方法，具體步驟如下：

(1)使用123ddesign建模軟件設(shè)計(jì)攪拌槳模型，使用熔融沉積型3d打印機(jī)打印出攪拌槳，該攪拌槳共有6個(gè)葉片，每個(gè)葉片厚為0.8mm，長為15mm，高為10mm，套筒高為30mm，采用的打印線為商品化摻鐵的pla打印線。

(2)稱取10g氫氧化鈉放入500ml燒杯中，加入250ml去離子水，攪拌溶解，得到濃度為1mol/l的naoh水溶液。

(3)將步驟(2)所得naoh水溶液水浴加熱至54℃，并將步驟(1)打印的攪拌槳置于該naoh中處理15分鐘，使得攪拌槳外表面的pla溶于naoh而暴露出fe顆粒，并用去離子水反復(fù)沖洗干凈，后自然晾干。

(4)將步驟(3)所得晾干的攪拌槳進(jìn)行進(jìn)一步的刻蝕處理。量取36ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的過氧化氫，并加入80ml去離子水，配制得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的h2o2溶液；再加入過量氯化鈉至飽和，充分?jǐn)嚢枞芙猓玫斤柡蚽acl的h2o2溶液。將步驟(3)得到的攪拌槳置于該nacl飽和溶液中刻蝕處理2小時(shí)，后用去離子水沖洗干凈自然晾干，即得到可催化處理污水中亞甲基藍(lán)降解的攪拌槳。

(5)在100ml燒杯中倒入80ml含亞甲基藍(lán)濃度為100ppm的污水，向其中加入1ml質(zhì)量濃度為30％的h2o2溶液，并加入44mg鹽酸羥胺；將步驟(4)得到的攪拌槳套筒套在機(jī)械攪拌裝置的轉(zhuǎn)軸上，設(shè)置攪拌速度為300rad/min，攪拌30分鐘后，用紫外分光光度計(jì)測試反應(yīng)前后亞甲基藍(lán)的濃度，計(jì)算得到處理后亞甲基藍(lán)去除率達(dá)到88％。

(6)重復(fù)步驟(5)，使用步驟(5)催化使用后的攪拌槳進(jìn)行重復(fù)催化亞甲基藍(lán)光降解，反復(fù)循環(huán)10次，反應(yīng)30分鐘后，亞甲基藍(lán)的去除率仍然能夠達(dá)到87％。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種3D打印制造處理污水用攪拌器的方法，屬于環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。用熔融沉積型3D打印機(jī)打印材質(zhì)為含鐵的聚乳酸的攪拌器；在水浴溫度為50℃～60℃條件下，將打印的攪拌器置于NaOH溶液中處理10～20分鐘，使得攪拌器上鐵顆粒外包覆的PLA溶于NaOH溶液中，并暴露出Fe顆粒；此時(shí)的攪拌槳由于表面存在鐵顆粒，用于直接置換處理含金屬離子的污水；將經(jīng)過NaOH溶液處理后的攪拌器置于飽和NaCl的H2O2溶液中處理1.8～2.3小時(shí)，得到刻蝕的攪拌器，由于攪拌器表面的Fe顆粒被H2O2氧化成了Fe2O3，用于催化處理污水中的有機(jī)染料分子?？裳h(huán)多次處理含有機(jī)染料的污水，并且有機(jī)染料的去除率基本不變。

技術(shù)研發(fā)人員：陶勝洋;孫雪艷;閆英;于永鮮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.30
技術(shù)公布日：2017.09.29