3D多孔結(jié)構(gòu)與3D打印技術(shù)在催化領(lǐng)域的應用意義

3D多孔結(jié)構(gòu)能加速催化反應過程中的物質(zhì)傳輸，在一定程度提高材料表面積，對催化反應有積極的作用。合理利用3D打印技術(shù)超強的成型能力，設(shè)計制備具有特定形狀的非晶合金催化劑，對提高染料廢水降解效率、降低工業(yè)化應用成本具有極大的意義。

工業(yè)文明下的水體污染與染料廢水處理現(xiàn)狀

工業(yè)文明給人類社會帶來了巨大的便利，同時也帶來了嚴重的環(huán)境污染問題。目前我國水體污染嚴重，染料分子是一大類污染物，尋找合適的廢水凈化方式對保證我國水體安全具有重大意義。微生物法、吸附、膜過濾、混凝法、零價金屬還原法、高級氧化法等各種技術(shù)被提出用來處理染料廢水。此外，在處理完成之后需要專門的分離措施使得催化劑從水體中分離，增加了后續(xù)的工業(yè)應用成本。

針對非晶合金催化劑的系列研究工作

為了獲得易分離、高活性高穩(wěn)定性高級氧化法催化劑，以Zr55Cu30Ni5Al10和Fe68Mo5Ni5Cr2P12.5C5B2.5開展如下工作：

1. SLM制備三維網(wǎng)格狀Zr - 基非晶合金：針對非晶合金處理完廢水后分離難的問題，采用SLM技術(shù)制備了三維網(wǎng)格狀的Zr - 基非晶合金，降解完成后能很方便地從水體中取出。在這個工作中，驗證了SLM技術(shù)制備不同形貌的非晶態(tài)合金的可能性，并研究了打印件形貌對非晶合金微結(jié)構(gòu)的影響。
2. 脫合金化技術(shù)擴大比表面積：結(jié)合脫合金化技術(shù)，在非晶合金表面形成納米多孔結(jié)構(gòu)以擴大比表面積。利用脫合金化技術(shù)在Zr基非晶合金表面形成了納米多孔銅層，成功增大了材料比表面積。
3. 探究形貌對催化性能的影響：探究了SLM技術(shù)成形的不同幾何形狀對催化廢水降解性能的影響，優(yōu)化出了具有最佳降解性能的柵格狀結(jié)構(gòu)。以柵格狀非晶合金為前驅(qū)體制備了一種三維分級多孔納米銅催化劑，表征了催化劑對甲基橙等染料分子的降解能力。通過SEM、TEM、XPS、XRD等技術(shù)手段對催化劑反應前后的結(jié)構(gòu)變化進行了表征，并結(jié)合一系列對比實驗揭示該催化劑高催化活性的來源，提出了可能的降解機理。
4. 雙金屬催化劑的研究：雙金屬催化劑往往比單一組分的催化劑具有更高的活性，傳統(tǒng)方法制備雙金屬非晶態(tài)合金催化較為困難。通過將Cu粉與Fe基非晶粉復合起來再利用SLM技術(shù)形成三維網(wǎng)狀MG/Cu雙金屬催化劑，研究了該雙金屬催化劑對染料廢水及醫(yī)療、化工行業(yè)廢水的降解性能，發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)良的催化降解能力和穩(wěn)定性。通過對MG/Cu催化劑的微觀結(jié)構(gòu)進行分析表征，并結(jié)合一系列猝滅實驗、對比實驗以及第一性原理計算，對雙金屬Fe MG/Cu的高催化活性和高穩(wěn)定性給出了一定的解釋。

非晶合金催化劑的應用前景與現(xiàn)存問題及解決思路

非晶合金制備成本低廉、具備高效催化降解染料廢水的能力，因而具有極大的應用前景。然而，目前常用的非晶合金形態(tài)為粉狀或條帶狀，造成非晶合金比表面積較小，處理完成之后與水體分離困難等問題。三維立體多孔非晶合金能有效解決與水體分離問題，脫合金化技術(shù)能有效增加非晶合金比表面積，這兩種技術(shù)結(jié)合可能能獲得高催化降解性能易分離的催化劑。

SLM制備非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特點與研究方向

SLM技術(shù)是目前最適合制備復雜多孔結(jié)構(gòu)非晶合金的成形技術(shù)，因其不需要特定模具、可成形體系多、得到零部件中非晶含量高。SLM制備的非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)甩帶、吸鑄等方式得到非晶合金并不一致，要想獲得較高催化降解性能的三維立體多孔非晶合金催化劑，首先需要對SLM制備非晶結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)有細致的了解，在此基礎(chǔ)上才能進行進一步的調(diào)節(jié)。在SLM制備塊狀非晶合金中，大量研究結(jié)果表明，熱影響區(qū)會發(fā)生部分晶化，熔池內(nèi)合金則完全是非晶態(tài)的，兩者互相堆疊形成大塊樣品。

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