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蘭州化物所3D打印MOFs負載多孔陶瓷實現(xiàn)有機污染物高效催化降解


來源:蘭州化學(xué)物理研究所

[導(dǎo)讀]  中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員王曉龍團隊與蘭州大學(xué)副教授周林成團隊合作,,結(jié)合3D打印技術(shù)在復(fù)雜器件構(gòu)筑及自由設(shè)計,、制造與成型等領(lǐng)域的優(yōu)勢,開展了3D打印MOFs修飾的多孔陶瓷催化材料與器件研究,,用于水體有機污染物催化降解,。

中國粉體網(wǎng)訊  催化降解是處理有機污染廢水的有效方法之一。近年來,,金屬有機框架材料(MOFs,,Metal-organic frameworks),因表面積高,、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控以及活性位點多等特點,,已成為一種去除有機污染物的新型催化材料。但是,,目前已報道的許多新型MOFs復(fù)合材料,,因可加工性、水穩(wěn)定性以及可回收性等問題,,其大規(guī)模制備及可持續(xù)和工業(yè)化應(yīng)用環(huán)境均不理想,。因此,將MOFs與載體材料并構(gòu)筑新型MOFs功能化器件將有利于提高性能并拓展其實際應(yīng)用,。


基于此,,中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員王曉龍團隊與蘭州大學(xué)副教授周林成團隊合作,結(jié)合3D打印技術(shù)在復(fù)雜器件構(gòu)筑及自由設(shè)計,、制造與成型等領(lǐng)域的優(yōu)勢,,開展了3D打印MOFs修飾的多孔陶瓷催化材料與器件研究,用于水體有機污染物催化降解(圖1),。


如圖2所示,,研究人員首先研發(fā)了由磷酸鋁溶膠(AP)、親水性氣相SiO2和聚苯乙烯微球(PS)組成的3D打印陶瓷墨水,,其中PS微球用于調(diào)節(jié)3D打印陶瓷的孔隙度,;然后,,用墨水直書寫(DIW)3D打印技術(shù)擠出成型,并經(jīng)高溫煅燒后獲得高精度的三維多級多孔陶瓷骨架,;最后,,通過聚多巴胺表面修飾和水熱法處理技術(shù),在3D打印的多級多孔陶瓷骨架上原位生長MOFs顆粒,,從而制備出具有結(jié)構(gòu)可調(diào)性,、高催化活性、長期穩(wěn)定性以及易于器件化的MOFs修飾的3D打印多級多孔催化劑,。


所得MOFs負載多孔陶瓷因兼具MOFs和納-微-毫米等多尺度孔狀結(jié)構(gòu),,不僅因具有高表面積而對有機染料Methylene blue (MB), Rhodamine B (Rh B), Malachite green(MG)和Crystal violet (CV)等模擬有機污染物表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,而且滲透率好,、水處理效率高,。借助3D打印在設(shè)計與制造方面的優(yōu)勢,研究人員設(shè)計構(gòu)筑了不同結(jié)構(gòu)的陶瓷骨架,,對陶瓷催化材料的結(jié)構(gòu)和催化性能進行了優(yōu)化。同時,,研究人員利用3D打印技術(shù)還很便捷地實現(xiàn)了多種類型的催化反應(yīng)器件,,如圖3所示的3D打印催化過濾器和3D打印葉輪攪拌器。所得器件具有良好的有機染料催化降解效果且可重復(fù)使用,,表明3D打印MOFs修飾多孔催化材料與器件在實際廢水處理方面具有較好的應(yīng)用潛力以及工程化意義,。


上述成果近期在線發(fā)表在國際期刊Chemical Engineering Journal 上(DOI: 10.1016/j.cej.2020.125392)。論文的共同第一作者為蘭州大學(xué)碩士生劉德勝和蘭州化物所博士生蔣盼,,通訊作者為周林成和王曉龍,。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金和甘肅省重大專項科技計劃等的支持。



圖1 3D打印MOFs負載多孔陶瓷及催化降解有機物污染水處理研究



圖2 MOFs原位生長策略制備3D打印多級多孔陶瓷示意圖



圖3 3D打印MOFs@多孔陶瓷催化過濾器,、葉輪攪拌器及應(yīng)用展示

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸)

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