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3D打印技术制备阶层多孔纳米金属及其高效降解污水性能
发布时间:2019-03-04 11:15:32发布者:Admin新闻种类:前沿动态

高级氧化法(Advanced oxidation process, AOP)可实现高效快速降解水体中的有机污染物,因而 被广泛应用于工业废水深度处理。在高级氧化过程中,H2O2在催化剂的作用快速催化分解产生•OH, 产生的•OH氧化性极强,几乎能与所有有机污染物发生反应从而最终实现有机污染物的降解。开发新 型高效稳定的催化剂是当前业界努力的方向。目前,广泛应用于高级氧化法(Fenton)的催化剂主要 是铁基、铜基催化剂,如铁屑、铁粉等。然而这些催化剂存在比表面积小、稳定性差,且不能重复使 用等问题。3D打印技术为制备几何形状复杂的三维多孔金属框架提供了一个全新的解决方案,在三维 多孔金属框架的基础上,如果通过脱合金化技术,可以构筑阶层纳米多孔结构,从而显著增加催化剂 的比表面积以及催化性能(图1)。

图1

利用3D打印/脱合金化复合技术制备的三维阶层纳米多孔Cu催化剂(3D NP-Cu)的比表面积相比非 晶条带增加了660倍,表现出优异的催化降解性能。其对偶氮染料的降解效率分别是商用Cu2+及Cu粉 的14倍和4倍(图2、图3)。此外,3D NP-Cu还表现出良好的循环稳定性,在多次循环后催化效率仍 保持90%以上。

图2

图3

这种催化剂还能高效降解复杂染料(多种混合染料)以及有效去除废水COD。研究发现,3D NP-Cu 的高效催化性能来源于大比表面积,丰富的表面原子台阶与纳米Cu2O颗粒,以及便于物质传输的微孔 结构。作者还展示了利用这种新型3D打印技术构建复杂催化剂构件的可行性,并验证了其催化性能( 图4)。

图4

来源: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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