一种含咖啡渣3D打印线材及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种含咖啡渣3D打印线材及其制备方法。所述的3D打印线材按照重量百分比组分为基体树脂64‑92，藻渣7‑35，白油0.05‑2。制备方法为：(1)干燥；(2)称料；(3)高速捏合；(4)熔融造粒；(5)熔融挤出；(6)冷却牵引；(7)卷捆；(8)通过FDM技术打印成特定结构。本发明专利技术引入咖啡渣这种废弃生物质，制备具有高吸附性能的3D打印线材，利用高效精准的FDM技术制备可控的微纳器，运用于染料或重金属废水的处理，制备过程简单，低能耗，具有一定的循环使用性能。本发明专利技术不仅使废弃的咖啡渣得到资源化利用，减轻环境负担，还能为染料或重金属废水的处理提供新方法。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种含咖啡渣3D打印线材及其制备方法
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种含咖啡渣3D打印线材及其制备方法。
技术介绍
中国水资源总量虽然较多，但人均量并不丰富。随着工业发展，水体污染现象日益严重，其中最为突出的为印染废水污染和重金属废水污染，这更加导致了水资源严重匮乏，环境污染日益严重。染料多数极其稳定，进入环境水域后难以自然降解，造成受污染水域色度增加，影响入射光线量，进而影响到水生动植物的正常生命活动，破坏水体的生态平衡，更为严重的是染料多为有毒物质，具有致癌致畸效应，排放到环境中对人类和其他生物的健康构成极大的威胁。电镀、金属表面处理、印刷电路板等行业产生的含大量重金属的废水被排放进入各种自然水体中严重污染了江、河、湖、泊和地下水体，通过生物富集效应，危害自然界的各大生物，破坏生态平衡。故处理印染废水及重金属废水刻不容缓。目前处理这两大废水主要包括物理处理（吸附、膜分离技术、超声气振法、高能物理法和萃取法等）、化学处理（化学氧化法、电化学法及光化学氧化法等）和生物法（生物絮凝和生物吸附），但这些方法存在投入成本高、二次处理困难造成水体二次污染、周期长等弊端。咖啡和茶同属于三大饮料之一，受广大消费者青睐。2016/2017年度全球咖啡产量将近940万吨，近年来产量平稳上涨。而每生产1kg咖啡将产生0.9kg咖啡渣。咖啡渣中含有脂肪酸、木质素、纤维素和半纤维素等有机物，被视为新生代极具潜力的可持续发展的生物质资源。其中富含酯基、酮基酰胺基等官能团能够与重金属离子发生络合作用，从而减少废水中重金属的含量。而咖啡渣作为生物吸附剂具有较大的比表面积，也能与染料分子作用，减少印染废水中染料分子的浓度。若直接将咖啡渣投入水体回收成本过高，若不予回收咖啡渣会在水体中腐化，造成二次污染。上述矛盾可通过将吸附材料固定化的方法解决。基体树脂选择具有良好机械强度和生物相容性的可用于熔融沉积成型（FDM）的聚合物，将咖啡渣与高分子材料相结合，通过最新的熔融沉积成型（FDM）方式制造出含咖啡渣3D打印微纳器件，实现吸附剂的器件化，便于回收利用。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
的问题，本专利技术的目的是引入咖啡渣这种废弃生物质，提供一种具有高吸附性能的3D打印线材及其制备方法，利用高效精准的FDM技术制备可控的微纳器，运用于染料或重金属废水的处理，旨在解决现有多孔吸附材料制备过程繁琐、能耗大、后续处理困难容易造成二次污染等问题。制备过程简单，低能耗，具有一定的循环使用性能。本专利技术不仅使废弃的咖啡渣得到资源化利用，减轻环境负担，还能为染料或重金属废水的处理提供新方法。本方法制得的含咖啡渣3D打印微纳器件简便，能耗小，成本低，样件形状可控，且对含有重金属或有毒染料的处理效率高，回收简单，可高效循环利用。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：1.一种含咖啡渣3D打印线材，由下列的重量百分比的组分制成:基体树脂64-92咖啡渣7-35白油0.05-2。2.所述的基体树脂至少有一种选自聚乳酸（PLA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯（PETG）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、热塑性聚氨酯（TPU）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）或聚己内酯（PCL）。3.所述的咖啡渣至少有一种选自哥伦比亚咖啡渣、墨西哥咖啡渣、埃塞俄比亚咖啡渣、巴西咖啡渣、萨尔瓦多咖啡渣、蓝山咖啡渣、摩卡咖啡渣、危地马拉咖啡渣或安哥拉咖啡渣。4.所述的一种含咖啡渣3D打印线材的制备方法包括以下步骤：A.将基体树脂和咖啡渣分别真空干燥12h；B.按照重量百分比配方，称取干燥后的基体树脂、咖啡渣和白油；C.将称取后的各组分置于高速捏合机中，保持转速1050-6000rpm/min，高速搅拌2-20min；D.将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过60-250℃的温度加热，在螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为10-280rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒；E.将切割后的粒料放入螺杆挤出机中，经过60-250℃的温度加热，在螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为10-280rpm从不锈钢口模中挤出线条；F.线条经三段冷却水槽充分冷却成型，然后经牵引机牵引成固定大小直径的线材；G.定型后的线材进入双轮储线架牵引出线材并于卷线机收卷成成品，卷线机所连接的牵引机的频率为5-40HZ。H.将步骤G制得的线材运用于3D打印，打印出相应的3D打印微纳器件。5.所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、三螺杆挤出机中的一种。6.所述的第一冷却水槽水温为25℃-42℃；第二冷却水槽水温为5℃-20℃；第三冷却水槽为0℃冰水混合物。7.所述的3D打印微纳器件打印温度为60-200℃、底板温度为25-80℃、打印速度为15-100mm/s、打印层厚为0.1-0.2mm。8.所述的3D打印微纳器件形状为正方体、长方体、球体和螺旋体。9.所述的制备方法制得的一种含咖啡渣3D打印线材制备的微纳器件用于重金属或有毒染料的废水处理。10.所述的有毒染料优选亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙、日落黄或刚果红;所述的重金属离子优选Cd2+、Pb2+、Cu2+、Cr6+或Zn+。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术将“剩余生物质”变废为宝，实现资源的最大化利用，减少环境负担。2)本专利技术制得的含咖啡渣3D打印线材制备的微纳器件采用FDM成型技术制得吸附剂骨架，打印精度高，结构可控，为微小的吸附粒子提供骨架支撑，解决后续回收问题；3)本专利技术制得的含咖啡渣3D打印微纳器件制备过程简便，耗能小；4)本专利技术制得的含咖啡渣3D打印微纳器件高效运用于重金属和有毒染料的废水处理；5)本专利技术制得的具有吸附功能含咖啡渣3D打印微纳器件可循环使用，实现资源绿色循环的宗旨。附图说明图1为一种含咖啡渣3D打印线材制备的微纳器件外观形貌图。图2为一种含咖啡渣3D打印线材制备的微纳器件吸附Pb2+前溶液的外观形貌。图3为一种含咖啡渣3D打印线材制备的微纳器件吸附Pb2+后溶液的外观形貌。图4为一种含咖啡渣3D打印线材制备的微纳器件对不同浓度Pb2+溶液的去除率图。具体实施方式下面结合具体实施例子对本专利技术做进一步详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下实施例。实施例1一种含咖啡渣3D打印线材，其特征在于，由下列的重量百分比的组分制成:聚乳酸（PLA）72哥伦比亚咖啡渣27.95白油0.05所述的一种含咖啡渣3D打印线材的制备方法包括以下步骤：A.将PLA（720g）和哥伦比亚咖啡渣（279.5g）分别真空干燥12h；B.按照重量百分比配方，称取干燥后的PLA（720g）、哥伦比亚（279.5g）和白油（0.5g）；C.将称取后的各组分置于高速捏合机中，保持转速1100rpm/min，高速搅拌6min；D.将上述充分混合均匀的原料投入到双螺杆挤出机，挤出温度设定为112℃、122℃、133℃、161℃、177℃、177℃、175℃、163℃、159℃、150℃，在双螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为168rpm/min，挤出原料；从双螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒；E.将切割后的粒料放入单螺杆线材挤出机中，线材挤出机参数为：一区110℃，二区160℃，三区172℃，四区173℃，五区175℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含咖啡渣 3D打印线材，其特征在于，由下列的重量百分比的组分制成:基体树脂            64‑92咖啡渣              7‑35白油                0.05‑2。

【技术特征摘要】
1.一种含咖啡渣3D打印线材，其特征在于，由下列的重量百分比的组分制成:基体树脂64-92咖啡渣7-35白油0.05-2。2.根据权利要求1所述的一种含咖啡渣3D打印线材，其特征在于，所述的基体树脂至少有一种选自聚乳酸（PLA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯（PETG）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、热塑性聚氨酯（TPU）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）或聚己内酯（PCL）。3.根据权利要求1所述的一种含咖啡渣3D打印线材，其特征在于，所述咖啡渣至少有一种选自哥伦比亚咖啡渣、墨西哥咖啡渣、埃塞俄比亚咖啡渣、巴西咖啡渣、萨尔瓦多咖啡渣、蓝山咖啡渣、摩卡咖啡渣、危地马拉咖啡渣或安哥拉咖啡渣。4.权利要求1至3任一所述的一种含咖啡渣3D打印线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A.将基体树脂和咖啡渣分别真空干燥12h；B.按照重量百分比配方，称取干燥后的基体树脂、咖啡渣和白油；C.将称取后的各组分置于高速捏合机中，保持转速1050-6000rpm/min，高速搅拌2-20min；D.将步骤C获得的充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过60-250℃的温度加热，在螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为10-280rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒；E.将切割后的粒料放入螺杆挤出机中，经过60-250℃的温度加热，在螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为10-280r...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆华，徐晓榕，肖荔人，黄宝铨，夏新曙，钱庆荣，杨松伟，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35