布法羅大學（UB）的研究人員開發了一種新型3D打印的凈水石墨烯氣凝膠，該氣凝膠可以按比例縮放以用于大型廢水處理廠。這種新型材料由類泡沫塑料的氣凝膠，格子狀石墨烯和兩種受生物啟發的聚合物組成，能夠以100％的效率去除飲用水中的雜質，金屬和有機溶劑。與類似的納米片不同，科學家的設計是可重復使用的，不會留下殘留物，并且可以3D打印成更大的尺寸，因此，他們現在的目標是將其商業化以用于工業規模的部署。
研究的合著者，UB的環境工程助理教授Nirupam Aich解釋說：“目標是安全地從水中去除污染物，而不會釋放任何有問題的化學殘留物。我們制造的氣凝膠在進入水處理系統時會保持其結構，并且可以應用于多種水處理應用中。”
科學家在Kim擦布上3D打印超輕G-PDA-BSA氣凝膠。圖片來自布法羅大學。
石墨烯的提純潛力
石墨烯納米材料具有同時發揮凈電和疏水相互作用的能力，最近已成為吸收水污染物的有前途的手段。特別是，該材料的氧化石墨烯（GO）衍生物已經過廣泛測試以用于水凈化目的，但是從工業過程中回收GO裝置已被證明是困難的。
最近，科學家進行了將納米片組裝成宏觀氣凝膠的實驗，以使它們具有更高的吸收能力并使其更易于回收。然而，由于加工限制，這種石墨烯氣凝膠很少部署在處理設施內，這阻止了它們被摻入工業純化反應器，塔和過濾器中。
相比之下，直接墨水書寫（DIW）可為用戶提供對所生產零件的尺寸，形狀和體系結構的精確控制，而過程的可重復性使其具有高度可擴展性。 3D打印已經被用于創建熱，能源和生物醫學石墨烯設備，因此布法羅的科學家推測它也可以用于開發大規模生產的凈水系統。
科學家將他們的氣凝膠3D打印到瓶蓋水過濾系統中（如圖）。圖片來自《環境科學納米》雜志。
可擴展的水清潔氣凝膠
為了快速，一致地生產氣凝膠，研究人員首先需要創建一種石墨烯基油墨，該油墨具有能夠吸收水并防止顆粒團聚的特性。為了實現這一目標，布法羅團隊將受生物啟發的聚多巴胺（PDA）和牛血清白蛋白（BSA）添加到GO粉末中，從而產生了一種新型的粘彈性優化的3D打印材料。
利用改造后的Ultimaker 2 GO 3D打印機，研究人員隨后制作了12毫米（D）x 4毫米（H）的圓柱形測試樣品，然后對其進行冷凍和冷凍干燥，剩下一個G-PDA-BSA氣凝膠。在隨后的測試中，團隊反復將其材料暴露于有機溶劑負載的水中，以此評估其污染物去除能力。
在每種情況下，石墨烯氣凝膠都能去除100％的溶劑，同時最多可將有色染料污染減少20％。在后來的設計迭代中，科學家們甚至設法重新配置了他們的氣凝膠，以便可以清除鉛和鉻等重金屬，以及在目前的水凈化設施中仍然難以去除的合金。
隨著進一步的發展，科學家相信，他們的可擴展方法也可以用于創建其他功能可重復使用的納米材料，并在水過濾廠中以吸附劑，反應器或過濾器等設備的形式最終應用。“我們不僅可以使用這些氣凝膠來包含石墨烯顆粒，還可以使用充當催化劑的納米金屬顆粒，” Aich總結道。 “未來的目標是將納米金屬顆粒嵌入這些氣凝膠的壁和表面，它們不僅能夠降解或破壞生物污染物，而且還能降解或破壞化學污染物。”
3D打印凈化設備
鑒于3D打印允許的低成本和設計靈活性，它已越來越多地用于制造新穎的設備，使有需要的人更容易獲得飲用水。就在去年，劍橋大學的分拆公司Blue Tap為其3D打印氯計量器獲得了英國創新基金會的資助，可以將其安裝在發展中國家的供水系統中，以確保飲用安全。
同樣，巴斯大學的研究人員開發了一種3D打印的水凈化“平板”，該平板利用太陽的熱量和紫外線來殺死生活在液體中的有害微生物。 該技術旨在幫助向較富裕的亞洲，非洲和拉丁美洲社區提供清潔的飲用水。
更具軍事意義的是，GE Research最近獲得了美國國防高級研究計劃局（DARPA）的1430萬美元，以3D打印一種可以憑空產生水的設備。 該便攜式系統正在構建中，一次可為150名士兵提供水，以后可用于解決世界各地的水資源短缺問題。
來源：中國3D打印網
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高經理
