一種含咖啡渣3D打印線材及其制備方法技術

本發明專利技術公開一種含咖啡渣3D打印線材及其制備方法。所述的3D打印線材按照重量百分比組分為基體樹脂64?92，藻渣7?35，白油0.05?2。制備方法為：(1)干燥；(2)稱料；(3)高速捏合；(4)熔融造粒；(5)熔融擠出；(6)冷卻牽引；(7)卷捆；(8)通過FDM技術打印成特定結構。本發明專利技術引入咖啡渣這種廢棄生物質，制備具有高吸附性能的3D打印線材，利用高效精準的FDM技術制備可控的微納器，運用于染料或重金屬廢水的處理，制備過程簡單，低能耗，具有一定的循環使用性能。本發明專利技術不僅使廢棄的咖啡渣得到資源化利用，減輕環境負擔，還能為染料或重金屬廢水的處理提供新方法。

A 3D printing wire containing coffee grounds and its preparation method

The invention discloses a 3D printing wire containing coffee grounds and a preparation method thereof. The 3D printing wire is composed of matrix resin 64 92, algae residue 7 35 and white oil 0.05 2 according to the weight percentage component. The preparation methods are: (1) drying; (2) weighing; (3) high-speed kneading; (4) melt granulation; (5) melt extrusion; (6) cooling traction; (7) roll baling; (8) printing into a specific structure by FDM technology. The invention introduces the waste biomass of coffee dregs to prepare 3D printing wire with high adsorption performance, and uses high efficiency and accurate FDM technology to prepare controllable micro-nanometer device, which is applied to the treatment of dye or heavy metal wastewater. The preparation process is simple, low energy consumption and has certain recycling performance. The invention not only makes the waste coffee dregs be recycled and utilized, reduces the environmental burden, but also provides a new method for the treatment of dye or heavy metal wastewater.

【技術實現步驟摘要】
一種含咖啡渣3D打印線材及其制備方法
本專利技術屬于材料領域，具體涉及一種含咖啡渣3D打印線材及其制備方法。
技術介紹
中國水資源總量雖然較多，但人均量并不豐富。隨著工業發展，水體污染現象日益嚴重，其中最為突出的為印染廢水污染和重金屬廢水污染，這更加導致了水資源嚴重匱乏，環境污染日益嚴重。染料多數極其穩定，進入環境水域后難以自然降解，造成受污染水域色度增加，影響入射光線量，進而影響到水生動植物的正常生命活動，破壞水體的生態平衡，更為嚴重的是染料多為有毒物質，具有致癌致畸效應，排放到環境中對人類和其他生物的健康構成極大的威脅。電鍍、金屬表面處理、印刷電路板等行業產生的含大量重金屬的廢水被排放進入各種自然水體中嚴重污染了江、河、湖、泊和地下水體，通過生物富集效應，危害自然界的各大生物，破壞生態平衡。故處理印染廢水及重金屬廢水刻不容緩。目前處理這兩大廢水主要包括物理處理（吸附、膜分離技術、超聲氣振法、高能物理法和萃取法等）、化學處理（化學氧化法、電化學法及光化學氧化法等）和生物法（生物絮凝和生物吸附），但這些方法存在投入成本高、二次處理困難造成水體二次污染、周期長等弊端。咖啡和茶同屬于三大飲料之一，受廣大消費者青睞。2016/2017年度全球咖啡產量將近940萬噸，近年來產量平穩上漲。而每生產1kg咖啡將產生0.9kg咖啡渣。咖啡渣中含有脂肪酸、木質素、纖維素和半纖維素等有機物，被視為新生代極具潛力的可持續發展的生物質資源。其中富含酯基、酮基酰胺基等官能團能夠與重金屬離子發生絡合作用，從而減少廢水中重金屬的含量。而咖啡渣作為生物吸附劑具有較大的比表面積，也能與染料分子作用，減少印染廢水中染料分子的濃度。若直接將咖啡渣投入水體回收成本過高，若不予回收咖啡渣會在水體中腐化，造成二次污染。上述矛盾可通過將吸附材料固定化的方法解決。基體樹脂選擇具有良好機械強度和生物相容性的可用于熔融沉積成型（FDM）的聚合物，將咖啡渣與高分子材料相結合，通過最新的熔融沉積成型（FDM）方式制造出含咖啡渣3D打印微納器件，實現吸附劑的器件化，便于回收利用。
技術實現思路
針對上述
技術介紹
的問題，本專利技術的目的是引入咖啡渣這種廢棄生物質，提供一種具有高吸附性能的3D打印線材及其制備方法，利用高效精準的FDM技術制備可控的微納器，運用于染料或重金屬廢水的處理，旨在解決現有多孔吸附材料制備過程繁瑣、能耗大、后續處理困難容易造成二次污染等問題。制備過程簡單，低能耗，具有一定的循環使用性能。本專利技術不僅使廢棄的咖啡渣得到資源化利用，減輕環境負擔，還能為染料或重金屬廢水的處理提供新方法。本方法制得的含咖啡渣3D打印微納器件簡便，能耗小，成本低，樣件形狀可控，且對含有重金屬或有毒染料的處理效率高，回收簡單，可高效循環利用。本專利技術的目的是通過如下技術方案實現的：1.一種含咖啡渣3D打印線材，由下列的重量百分比的組分制成:基體樹脂64-92咖啡渣7-35白油0.05-2。2.所述的基體樹脂至少有一種選自聚乳酸（PLA）、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環己烷二甲醇酯（PETG）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）或聚己內酯（PCL）。3.所述的咖啡渣至少有一種選自哥倫比亞咖啡渣、墨西哥咖啡渣、埃塞俄比亞咖啡渣、巴西咖啡渣、薩爾瓦多咖啡渣、藍山咖啡渣、摩卡咖啡渣、危地馬拉咖啡渣或安哥拉咖啡渣。4.所述的一種含咖啡渣3D打印線材的制備方法包括以下步驟：A.將基體樹脂和咖啡渣分別真空干燥12h；B.按照重量百分比配方，稱取干燥后的基體樹脂、咖啡渣和白油；C.將稱取后的各組分置于高速捏合機中，保持轉速1050-6000rpm/min，高速攪拌2-20min；D.將上述充分混合均勻的原料投入到螺桿擠出機，經過60-250℃的溫度加熱，在螺桿熔腔內熔融塑化并以轉速為10-280rpm擠出原料；從螺桿擠出的原料經冷卻送入切粒機中切割成顆粒；E.將切割后的粒料放入螺桿擠出機中，經過60-250℃的溫度加熱，在螺桿熔腔內熔融塑化并以轉速為10-280rpm從不銹鋼口模中擠出線條；F.線條經三段冷卻水槽充分冷卻成型，然后經牽引機牽引成固定大小直徑的線材；G.定型后的線材進入雙輪儲線架牽引出線材并于卷線機收卷成成品，卷線機所連接的牽引機的頻率為5-40HZ。H.將步驟G制得的線材運用于3D打印，打印出相應的3D打印微納器件。5.所述的螺桿擠出機為單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、三螺桿擠出機中的一種。6.所述的第一冷卻水槽水溫為25℃-42℃；第二冷卻水槽水溫為5℃-20℃；第三冷卻水槽為0℃冰水混合物。7.所述的3D打印微納器件打印溫度為60-200℃、底板溫度為25-80℃、打印速度為15-100mm/s、打印層厚為0.1-0.2mm。8.所述的3D打印微納器件形狀為正方體、長方體、球體和螺旋體。9.所述的制備方法制得的一種含咖啡渣3D打印線材制備的微納器件用于重金屬或有毒染料的廢水處理。10.所述的有毒染料優選亞甲基藍、羅丹明B、甲基橙、日落黃或剛果紅;所述的重金屬離子優選Cd2+、Pb2+、Cu2+、Cr6+或Zn+。本專利技術的有益效果為：1)本專利技術將“剩余生物質”變廢為寶，實現資源的最大化利用，減少環境負擔。2)本專利技術制得的含咖啡渣3D打印線材制備的微納器件采用FDM成型技術制得吸附劑骨架，打印精度高，結構可控，為微小的吸附粒子提供骨架支撐，解決后續回收問題；3)本專利技術制得的含咖啡渣3D打印微納器件制備過程簡便，耗能小；4)本專利技術制得的含咖啡渣3D打印微納器件高效運用于重金屬和有毒染料的廢水處理；5)本專利技術制得的具有吸附功能含咖啡渣3D打印微納器件可循環使用，實現資源綠色循環的宗旨。附圖說明圖1為一種含咖啡渣3D打印線材制備的微納器件外觀形貌圖。圖2為一種含咖啡渣3D打印線材制備的微納器件吸附Pb2+前溶液的外觀形貌。圖3為一種含咖啡渣3D打印線材制備的微納器件吸附Pb2+后溶液的外觀形貌。圖4為一種含咖啡渣3D打印線材制備的微納器件對不同濃度Pb2+溶液的去除率圖。具體實施方式下面結合具體實施例子對本專利技術做進一步詳細說明，但不應將此理解為本專利技術的范圍僅限于以下實施例。實施例1一種含咖啡渣3D打印線材，其特征在于，由下列的重量百分比的組分制成:聚乳酸（PLA）72哥倫比亞咖啡渣27.95白油0.05所述的一種含咖啡渣3D打印線材的制備方法包括以下步驟：A.將PLA（720g）和哥倫比亞咖啡渣（279.5g）分別真空干燥12h；B.按照重量百分比配方，稱取干燥后的PLA（720g）、哥倫比亞（279.5g）和白油（0.5g）；C.將稱取后的各組分置于高速捏合機中，保持轉速1100rpm/min，高速攪拌6min；D.將上述充分混合均勻的原料投入到雙螺桿擠出機，擠出溫度設定為112℃、122℃、133℃、161℃、177℃、177℃、175℃、163℃、159℃、150℃，在雙螺桿熔腔內熔融塑化并以轉速為168rpm/min，擠出原料；從雙螺桿擠出的原料經冷卻送入切粒機中切割成顆粒；E.將切割后的粒料放入單螺桿線材擠出機中，線材擠出機參數為：一區110℃，二區160℃，三區172℃，四區173℃，五區175℃本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種含咖啡渣?3D打印線材，其特征在于，由下列的重量百分比的組分制成:基體樹脂????????????64?92咖啡渣??????????????7?35白油????????????????0.05?2。

【技術特征摘要】
1.一種含咖啡渣3D打印線材，其特征在于，由下列的重量百分比的組分制成:基體樹脂64-92咖啡渣7-35白油0.05-2。2.根據權利要求1所述的一種含咖啡渣3D打印線材，其特征在于，所述的基體樹脂至少有一種選自聚乳酸（PLA）、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環己烷二甲醇酯（PETG）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）或聚己內酯（PCL）。3.根據權利要求1所述的一種含咖啡渣3D打印線材，其特征在于，所述咖啡渣至少有一種選自哥倫比亞咖啡渣、墨西哥咖啡渣、埃塞俄比亞咖啡渣、巴西咖啡渣、薩爾瓦多咖啡渣、藍山咖啡渣、摩卡咖啡渣、危地馬拉咖啡渣或安哥拉咖啡渣。4.權利要求1至3任一所述的一種含咖啡渣3D打印線材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：A.將基體樹脂和咖啡渣分別真空干燥12h；B.按照重量百分比配方，稱取干燥后的基體樹脂、咖啡渣和白油；C.將稱取后的各組分置于高速捏合機中，保持轉速1050-6000rpm/min，高速攪拌2-20min；D.將步驟C獲得的充分混合均勻的原料投入到螺桿擠出機，經過60-250℃的溫度加熱，在螺桿熔腔內熔融塑化并以轉速為10-280rpm擠出原料；從螺桿擠出的原料經冷卻送入切粒機中切割成顆粒；E.將切割后的粒料放入螺桿擠出機中，經過60-250℃的溫度加熱，在螺桿熔腔內熔融塑化并以轉速為10-280r...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳慶華，徐曉榕，肖荔人，黃寶銓，夏新曙，錢慶榮，楊松偉，
申請(專利權)人：福建師范大學，
類型：發明
國別省市：福建,35