布法罗大学梅尔文·班克海德三世 左边，一台3D打印机正在打印六边形石墨烯气凝胶薄片
在右边，气凝胶(现在是黑色的)过滤脏水
学分:环境科学:纳米 石墨烯擅长去除水中的污染物，但它还不是这种神奇材料的商业可行用途
这种情况可能会改变
在最近的一项研究中，布法罗大学的工程师们报告了一种3D打印石墨烯气凝胶的新方法，他们说这种方法克服了两个关键障碍——可扩展性和创造一种足够稳定以重复使用的水处理材料
“目标是安全地从水中去除污染物，而不释放任何有问题的化学残留物，”该研究的合著者尼鲁帕姆·艾奇博士说
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，UB工程与应用科学学院环境工程助理教授
“我们创造的气凝胶在水处理系统中保持其结构，可以应用于各种水处理应用
" 这项名为“3D打印石墨烯-生物聚合物气凝胶用于去除水污染物:概念证明”的研究发表在《环境科学:纳米》杂志的新兴研究者系列上
Arvid Masud，博士
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艾奇实验室前学生，是第一作者；池州，博士
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的工业和系统工程副教授是合著者
气凝胶是一种轻质、多孔的固体，它是用气体代替凝胶中的液体形成的，这样得到的固体就和原来的一样大
它们在结构配置上类似于聚苯乙烯泡沫塑料:非常多孔且重量轻，但坚固且有弹性
石墨烯是一种由元素碳形成的纳米材料，由排列成重复六边形晶格的单个碳原子平板组成
石墨烯非常轻
这种用于过滤水的气凝胶位于一张薄纸上
学分:布法罗大学
为了制造出合适浓度的石墨烯基墨水，研究人员观察了大自然
他们在其中加入了两种受生物启发的聚合物——聚多巴胺(一种合成材料，通常被称为PDA，类似于贻贝的粘性分泌物)和牛血清白蛋白(一种来自牛的蛋白质)
在测试中，重组后的气凝胶去除了困扰全国饮用水系统的某些重金属，如铅和铬
它还去除了有机染料，如阳离子亚甲基蓝和阴离子伊文思蓝，以及有机溶剂如己烷、庚烷和甲苯
为了证明气凝胶的再利用潜力，研究人员用有机溶剂对其进行了10次测试
每次，它都会去除100%的溶剂
研究人员还报告说，在第三次循环后，气凝胶捕获亚甲基蓝的能力下降了2-20%
Aich说，气凝胶的尺寸也可以放大，因为与纳米片不同，气凝胶可以印刷成更大的尺寸
他说，这消除了以前大规模生产中固有的一个问题，并使该工艺可用于大型设施，如污水处理厂
他补充说，气凝胶可以从水中去除，并在其他地方重复使用，它们不会在水中留下任何残留物
爱知是UB和匹兹堡大学合作的一部分，由UB化学教授戴安娜·阿迦博士领导
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寻找方法和工具来降解全氟和多氟烷基物质(PFAS)，这种有毒物质很难分解，因此被称为“永久化学品”
“艾奇注意到了他在3D气凝胶方面的工作的相似之处，他希望这两个项目的结果能够结合起来，创造出更有效的方法来去除水中的污染物
“我们可以使用这些气凝胶不仅包含石墨烯颗粒，还包含纳米金属颗粒，它们可以作为催化剂，”艾奇说
“未来的目标是将纳米金属颗粒嵌入这些气凝胶的壁和表面，它们不仅能降解或破坏生物污染物，还能降解或破坏化学污染物
" 艾奇、迟和马苏德拥有该研究中描述的石墨烯气凝胶的未决专利，他们正在寻找工业合作伙伴将这一过程商业化
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