Advanced Sustainable Systems:自增稠-自增强3D打印磁性纤维素基气凝胶用于亚甲基蓝的吸附与回收

纤维素是地球上最为古老和储量最丰富的可再生资源,取之不尽,用之不竭,可完全生物降解,是制备环境友好型高分子材料的理想对象。结合墨水直写3D打印技术,可以实现纤维素基溶液的微纳米结构的设计与精度的控制,具有极大的应用前景。然而,纤维素墨水在实际的3D打印过程中存在储能模量低、粘度小,通过直接油墨印刷很难满足直接打印的要求,调配具有最佳流变特性的粘弹性油墨、在喷头内容易地挤出并形成自我支撑框架是墨水直写3D打印的关键。

近日,中国科学院金属研究所聚合物复合材料团队张阳博士、隋国鑫研究员与嘉兴学院-中澳先进材料与制造研究院江悦博士利用自粘稠、自增强策略实现了纤维素基墨水的粘度、储能模量等流变学参数在大范围内的调控,赋予了墨水材料剪切变稀的流变学行为,从而在喷头内实现高剪切速率连续稳定地流动,并在挤出喷头以后的低剪切条件下迅速回复到凝胶状态。此外,凝胶状态下的墨水材料也具有一定的储能模量,以抵抗重力和表面张力的作用,能够维持打印结构的稳定性,从而得到可打印纤维素基凝胶材料制备的纤维素原位纳米四氧化三铁气凝胶能通过静电作用吸附有机物亚甲基蓝分子,且这种吸附是pH依赖的。同时,经过简单的酸洗,亚甲基蓝分子与气凝胶的静电吸附作用被破坏,亚甲基蓝分子重新释放到酸性介质中。这样就实现了对有机物分子的吸附与收集,是一种经济的、可持续的吸附剂。我们相信该工作为低碳材料甚至零碳材料的设计和开发提供了新的思路,也在水修复领域展示了一种方便和可回收的方法。

图1 3D打印凝胶制备示意图。

图2 3D打印凝胶光学照片。

图3 3D打印凝胶吸附-脱吸附亚甲基蓝示意图。

论文信息:

Self-Thickening and Self-Strengthening 3D Printing Magnetic Cellulose-based Aerogel for Adsorption and Recovery of Methylene Blue

Yang Zhang, Yu Chen, Yue Jiang*, Guoxin Sui*

Advanced Sustainable Systems

DOI: 10.1002/adsu.202100329

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adsu.202100329