一种复合吸附材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合吸附材料的制备方法，包括：将吸附颗粒和3D打印墨水混合，搅拌，得到复合墨水；将所述复合墨水进行3D打印，得到3D结构的预制体；将所述预制体老化、干燥、热处理，得到复合吸附材料。与现有技术相比，本发明专利技术利用3D打印技术，在吸附颗粒的层次结构上通过3D打印结构构建大孔，增加被吸附质与吸附材料的实际接触面积，增加扩散通道，使得吸附速率大幅提升。本发明专利技术制备的复合吸附材料具有多尺度层次结构，在节省吸附材料的同时，能够加快吸附速率，同时还可以保证复合吸附材料具有一定强度而不易脱落，避免二次污染，并且工艺简单，对复合材料的设计生产和材料的环保吸附或缓释应用等方面具有重要意义。

Preparation and Application of a Composite Adsorbent Material

The invention provides a preparation method of composite adsorbent material, which includes: mixing adsorbent particles and 3D printing ink, stirring to obtain composite ink; printing the composite ink in 3D to obtain prefabricated body with 3D structure; aging, drying and heat treatment of the prefabricated body to obtain composite adsorbent material. Compared with the prior art, the invention utilizes 3D printing technology to construct macropore through 3D printing structure on the hierarchical structure of adsorbed particles, increase the actual contact area between adsorbate and adsorbent material, increase the diffusion channel, and greatly increase the adsorption rate. The composite adsorbent material prepared by the invention has a multi-scale hierarchical structure, can speed up the adsorption rate while saving the adsorbent material, at the same time can ensure that the composite adsorbent material has a certain strength and is not easy to fall off, avoid secondary pollution, and has simple process, which is of great significance to the design and production of the composite material and the environmental protection, adsorption or slow-release application of the material.

【技术实现步骤摘要】
一种复合吸附材料的制备方法和应用
本专利技术涉及吸附材料
，尤其涉及一种复合吸附材料的制备方法和应用。
技术介绍
天然和人工合成的高效物理吸附材料，一般具有层次的多孔结构和丰富的表面。与被吸附质尺寸相当的孔洞和表面进行有效的吸附，对一般的被吸附质材料而言，适合的孔洞一般在0.1-5nm(微孔或小介孔)之间，这个尺寸落在通过气体吸脱附测算比表面积的范围内。由于微孔对比表面积的贡献非常大，所以，通常认为比表面积越大，吸附性能越好。然而近年来电化学相关的科学研究发现，有效吸附孔洞的可接触性大幅影响了吸附或表面反应行为。Liu等人构建了微孔/大孔(>50nm)复合结构样品，发现该样品性能数倍的好于相同成分的微孔/介孔(2-50nm)复合结构材料；而该微孔/介孔材料的比表面积约为微孔/大孔材料的3倍，说明了构建大尺度结构的通道增加微孔的可接触性这一途径对最终扩散、吸附或表面反应影响巨大。在环保吸附领域，无论是气相还是液相的，通常是通过构建无纺布包覆的吸附材料颗粒来进行吸附。现有技术中，申请号为201710554249.0的中国专利文献报道了一种吸附材料及其制备方法，包括：作为基底的织物；和吸附在所述织物上的吸附剂，所述吸附剂为分子筛与二氧化硅气凝胶的组合。申请号为201710678061.7的中国专利文献报道了一种空调外风机出风口高效吸附材料，包括活性炭层、以及设置在活性炭层两侧的无纺布层。但是，上述报道的吸附材料颗粒是紧密的堆聚在一起，不利于被吸附质的扩散，进而影响吸附效率；有的吸附材料还存在易碎的问题，加之颗粒间容易接触并碰擦，颗粒表面易于掉粉而形成造成二次污染。如何增大吸附颗粒的空间间隔、固定吸附颗粒成为一个难题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种复合吸附材料的制备方法和应用，具有多尺度层次结构，吸附性能好，工艺简单。有鉴于此，本专利技术提供了一种复合吸附材料的制备方法，包括以下步骤：将吸附颗粒和3D打印墨水混合，搅拌，得到复合墨水；将所述复合墨水进行3D打印，得到3D结构的预制体；将所述预制体老化、干燥、热处理，得到复合吸附材料。优选的，所述吸附颗粒为氧化硅颗粒、氧化铝颗粒和多孔碳颗粒中的一种或几种。优选的，所述3D打印墨水为糊精基墨水、酚醛树脂基墨水和聚酰亚胺基墨水中的一种或几种。优选的，所述吸附颗粒和3D打印墨水的质量比为1-5：100。优选的，所述3D结构为木堆结构。优选的，所述3D打印采用3D生物打印机或3D直写成型设备。优选的，所述老化步骤为：将预制体在水或乙醇中浸泡1-3天。优选的，所述干燥为常压干燥、冷冻干燥或超临界流体干燥。优选的，所述热处理步骤为：以10℃/min的速率升温至500-1000℃，保温2h。本专利技术还提供一种上述制备方法得到的复合吸附材料在细胞培养液中的应用，采用被吸附质溶液的残余浓度-时间数据来评估吸附效果。本专利技术提供一种复合吸附材料的制备方法，包括：将吸附颗粒和3D打印墨水混合，搅拌，得到复合墨水；将所述复合墨水进行3D打印，得到3D结构的预制体；将所述预制体老化、干燥、热处理，得到复合吸附材料。本专利技术还提供一种上述制备方法得到的复合吸附材料在细胞培养液中的应用，采用被吸附质溶液的残余浓度-时间数据来评估吸附效果。与现有技术相比，本专利技术利用3D打印技术，在吸附颗粒的层次结构上通过3D打印结构构建大孔，增加被吸附质与吸附材料的实际接触面积，增加扩散通道，使得吸附速率大幅提升。本专利技术制备的复合吸附材料具有多尺度层次结构，在节省吸附材料的同时，能够加快吸附速率，同时还可以保证复合吸附材料具有一定强度而不易脱落，避免二次污染，并且工艺简单，对复合材料的设计生产和材料的环保吸附或缓释应用等方面具有重要意义。附图说明图1为本专利技术制备复合吸附材料的原理示意图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种复合吸附材料的制备方法，包括以下步骤：将吸附颗粒和3D打印墨水混合，搅拌，得到复合墨水；将所述复合墨水进行3D打印，得到3D结构的预制体；将所述预制体老化、干燥、热处理，得到复合吸附材料。本专利技术提供了一种基于3D打印技术制备的多尺度层次结构高效吸附材料的设计，通过3D打印成型吸附材料或其复合材料，利用3D设计图案来增加吸附颗粒的空间间隔，并固定吸附颗粒形成整块的吸附材料，在提高吸附效率的同时避免颗粒脱落造成的二次污染。作为优选方案，所述吸附颗粒具有高比表面积，更优选为氧化硅颗粒、氧化铝颗粒和多孔碳颗粒中的一种或几种。所述3D打印墨水优选为糊精基墨水、酚醛树脂基墨水和聚酰亚胺基墨水中的一种或几种。本专利技术控制吸附颗粒和3D打印墨水的质量比例，有利于在3D打印后形成微孔和小介孔层次结构。所述吸附颗粒和3D打印墨水的质量比优选为1-5：10，更优选为3-5：10，更优选为5：10。作为优选方案，本专利技术通过流变仪测试所述复合墨水的特性，使其满足剪切变稀的条件，随着剪切速率优选增加至1000s-1、粘度降低至Pa.s量级时，将复合墨水稳定存放，等待打印。作为优选方案，本专利技术对于打印3D结构的结构没有特殊限制，所述3D结构优选为木堆结构。所述3D打印优选采用3D生物打印机或3D直写成型设备，打印机所用针头内径优选为400μm。本专利技术通过电脑程序设计所需的3D结构，然后采用3D生物打印机或3D直写成型设备打印。本专利技术制备复合吸附材料的原理示意图如图1所示，其中，1为3D打印设备，优选为3D生物打印机或3D直写成型设备，2为3D打印的复合吸附材料，3为固化的3D打印墨水材料，4为层次结构的吸附颗粒，3和4可以是不同组分的材料，也可以是同一组分的材料。作为优选方案，所述老化步骤优选为：将预制体在水或乙醇中浸泡1-3天。所述干燥优选采用常压干燥、冷冻干燥或超临界流体干燥。所述热处理步骤优选为：以10℃/min的速率升温至500-1000℃，保温2h；更优选为：以10℃/min的速率升温至600-1000℃，保温2h。作为优选方案，将复合吸附材料用于多种物质的物理吸附。本专利技术还提供一种上述制备方法得到的复合吸附材料在细胞培养液中的应用，采用被吸附质溶液的残余浓度-时间数据来评估吸附效果。从以上方案可以看出，本专利技术提供的复合吸附材料的制备方法具有工艺简单、简单易行的优点，所制备的复合吸附材料具有多尺度层次结构，吸附性能高，环保安全性好，对高效吸附材料的设计、工业生产和性能调控等方面具有重要意义。具有如下特点：(1)本专利技术制备的复合吸附材料具有多尺度层次结构的特点；(2)采用3D打印技术制备的多尺度层次结构高效吸附材料，具有工艺简单、吸附性能好、环保安全等优点；(3)本专利技术可以在体积相同的情况下节省吸附材料且性能提高，具有良好的经济效益。为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明，本专利技术的保护范围不受以下实施例的限制。本专利技术实施例采用的原料均为市购。实施例1将多孔碳基物理吸附材料颗粒和酚醛树脂基墨水以质量比为50:100的比例在常温下搅拌混合，形成复合墨水。通过流变仪测试墨水的特性，使其满足剪切变稀的条件，随着剪切速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将吸附颗粒和3D打印墨水混合，搅拌，得到复合墨水；将所述复合墨水进行3D打印，得到3D结构的预制体；将所述预制体老化、干燥、热处理，得到复合吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种复合吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将吸附颗粒和3D打印墨水混合，搅拌，得到复合墨水；将所述复合墨水进行3D打印，得到3D结构的预制体；将所述预制体老化、干燥、热处理，得到复合吸附材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吸附颗粒为氧化硅颗粒、氧化铝颗粒和多孔碳颗粒中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印墨水为糊精基墨水、酚醛树脂基墨水和聚酰亚胺基墨水中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吸附颗粒和3D打印墨水的质量比为1-5：100。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周非，沈天弘，孙士杰，倪星元，
申请(专利权)人：朗缪环保科技天津有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12