印刷电子产品世界
主持 IDTechEx
印刷电子产品世界
发布2021年4月16日 通过 &

最后是用于水处理的3d打印石墨烯气凝胶

石墨烯擅长去除水中的污染物,但这种神奇材料在商业上还不可行。
这种情况可能会改变。
在最近的一项研究中,纽约州立大学布法罗分校工程师们报告了一种用于水处理的3D打印石墨烯气凝胶的新工艺,他们说该工艺克服了两个关键障碍——可扩展性和创造出一种足够稳定、可重复使用的材料版本。更多信息请参见IDTechEx报告石墨烯市场与2D材料评估2021-2031
“我们的目标是安全去除水中的污染物,而不释放任何有问题的化学残留物,”该研究的合著者、UB工程与应用科学学院环境工程助理教授Nirupam Aich博士说。“我们创造的气凝胶在放入水处理系统时能够保持其结构,它们可以应用于不同的水处理应用。”这项研究——“3D打印石墨烯-生物聚合物气凝胶去除水污染物:一个概念的证明”——发表在《环境科学:纳米》杂志的新兴研究者系列上。Aich实验室的前学生Arvid Masud博士是主要作者;北京大学工业与系统工程副教授周驰博士是本文作者之一。
气凝胶是一种轻质、高多孔的固体,它是用气体取代凝胶中的液体而形成的,这样产生的固体与原来的固体大小相同。它们的结构结构类似于聚苯乙烯泡沫塑料:多孔性强,重量轻,但强度高,弹性好。石墨烯是一种由单质碳构成的纳米材料,由单层碳原子排列在重复的六边形晶格中组成。
为了制造出合适浓度的石墨烯墨水,研究人员向大自然求助。他们向其中添加了两种生物聚合物——聚多巴胺(一种合成材料,通常被称为掌上电脑和牛血清白蛋白(一种来源于牛的蛋白质)。在测试中,重新配置的气凝胶去除了某些重金属,如铅和铬,这些重金属困扰着全国的饮用水系统。它也被有机染料,如阳离子亚甲基蓝和阴离子埃文斯蓝,以及有机溶剂,如正己烷,庚烷和甲苯。
为了证明气凝胶的再利用潜力,研究人员在气凝胶中使用了10次有机溶剂。每次,它都清除了100%的溶剂。研究人员还报告说,在第三个循环后,气凝胶捕捉亚甲基蓝的能力下降了2-20%。
Aich说,气凝胶还可以按比例放大,因为与纳米片不同,气凝胶可以打印出更大的尺寸。他说,这消除了以前大规模生产中固有的问题,并使该工艺可用于大型设施,如污水处理厂。他补充说,气凝胶可以从水中去除,并在其他地方重复使用,而且它们不会在水中留下任何残留物。
Aich是UB和the合作的一部分匹兹堡大学该项目由UB化学教授戴安娜·阿迦博士领导,旨在寻找降解每氟和多氟烷基物质(PFAS)的方法和工具。PFAS是一种难以分解的有毒物质,被称为“永久的化学物质”。Aich注意到这与他在3D气凝胶上的工作相似之处,他希望这两个项目的结果可以结合在一起,创造出更有效的去除水中污染物的方法。
“我们不仅可以使用这些气凝胶来包含石墨烯颗粒,还可以使用纳米金属颗粒作为催化剂,”Aich说。“未来的目标是将纳米金属颗粒嵌入气凝胶的墙壁和表面,它们不仅能够降解或破坏生物污染物,还能破坏化学污染物。”
来源和上图:布法罗大学
更多IDTechEx期刊