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3D打印技術制備階層多孔納米金屬及其高效降解污水性能
發布時間:2019-03-04 11:15:32發布者:Admin新聞種類:前沿動態

高級氧化法(Advanced oxidation process, AOP)可實現高效快速降解水體中的有機污染物,因而 被廣泛應用于工業廢水深度處理。在高級氧化過程中,H2O2在催化劑的作用快速催化分解產生?OH, 產生的?OH氧化性極強,幾乎能與所有有機污染物發生反應從而最終實現有機污染物的降解。開發新 型高效穩定的催化劑是當前業界努力的方向。目前,廣泛應用于高級氧化法(Fenton)的催化劑主要 是鐵基、銅基催化劑,如鐵屑、鐵粉等。然而這些催化劑存在比表面積小、穩定性差,且不能重復使 用等問題。3D打印技術為制備幾何形狀復雜的三維多孔金屬框架提供了一個全新的解決方案,在三維 多孔金屬框架的基礎上,如果通過脫合金化技術,可以構筑階層納米多孔結構,從而顯著增加催化劑 的比表面積以及催化性能(圖1)。

圖1

利用3D打印/脫合金化復合技術制備的三維階層納米多孔Cu催化劑(3D NP-Cu)的比表面積相比非 晶條帶增加了660倍,表現出優異的催化降解性能。其對偶氮染料的降解效率分別是商用Cu2+及Cu粉 的14倍和4倍(圖2、圖3)。此外,3D NP-Cu還表現出良好的循環穩定性,在多次循環后催化效率仍 保持90%以上。

圖2

圖3

這種催化劑還能高效降解復雜染料(多種混合染料)以及有效去除廢水COD。研究發現,3D NP-Cu 的高效催化性能來源于大比表面積,豐富的表面原子臺階與納米Cu2O顆粒,以及便于物質傳輸的微孔 結構。作者還展示了利用這種新型3D打印技術構建復雜催化劑構件的可行性,并驗證了其催化性能( 圖4)。

圖4

來源:Chong Yang, Cheng Zhang, and Lin Liu. Excellent degradation performance of 3D hierarchical nanoporous structures of copper towards organic pollutants ,Journal of materials chemistry A, 2018, (42), 20992.

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