华中科技大学柳林组JMCA：3D打印/脱合金技术制备分级多孔纳米金属及其高效降解污水性能

Alisa 6年前 (2018-11-07) 4023浏览

【引言】

高级氧化法(Advanced oxidation process, AOP)能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。在此过程中，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打印技术为制作几何形状复杂的三维多孔金属框架提供了一个全新的方案，在三维多孔金属框架的基础上，如果通过脱合金化技术，可以构筑分级纳米多孔结构，将显著增加催化剂的比表面积以及催化性能。

【成果简介】

最近，华中科技大学材料科学与工程学院非晶态材料研究室柳林教授课题组的杨冲、张诚等人，利用3D打印/脱合金化复合技术成功制备出三维分级纳米多孔Cu催化剂（3D NP-Cu），并系统研究其污水降解性能。所开发的新型3D NP-Cu催化剂的比表面积相比非晶条带增加了660倍，因此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⁺和Cu粉的14倍和4倍。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。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。相关工作发表在Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 20992-21002。该研究得到了国家自然科学基金(51531003; 51471074; 51771077); 科技部973项目(2015C856801) 以及国家重点研发计划(2016YFB1100101) 等项目资助。

【图文导读】

图1 3D打印技术制备不同形状非晶合金以及3D打印技术和脱合金化原理示意图