3D printed filtration and separation devices with integrated membranes and no post-printing assembly

文献情報

出版日 2023-10-06
DOI 10.1039/D3RE00245D
インパクトファクター 4.239
著者

Tushar Garg, Kathryn E. Rankin


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要旨

Additive manufacturing, or three-dimensional (3D) printing, is an accessible, quick, and user-friendly tool for fabricating reactors and chemical processing devices. Here we report a method for printing filtration and separation devices using fused-deposition modelling (FDM) which incorporate commercial porous membranes. By using exogenous membranes, membrane pore size and material can be arbitrarily specified allowing much greater versatility in device design. We show for the first time that fully operational monolithic devices can be created without need for post-printing assembly and demonstrate the efficacy of the approach by making and testing three distinct devices: dead-end filters, which can be made in a range of sizes and are shown to fully remove micron-sized particles from a heterogenous mixture; liquid–liquid separators, which are shown to completely separate segmented flows of immiscible liquids; and a cross-flow filtration device, which is shown to achieve near full dye removal from an aqueous stream with a residence time of 3.4 minutes. For the cross-flow filtration device we describe a new “double-sided” printing technique whereby the plastic is directly printed onto both sides of the membrane to ensure the membrane is fully bonded to the 3D printed body. The range of devices showcased here highlights the versatility of the approach and its potential for use in chemical processing applications that require porous membranes.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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