纖維素是地球上最為古老和儲量最豐富的可再生資源，取之不盡，用之不竭，可完全生物降解，是制備環(huán)境友好型高分子材料的理想對象。結(jié)合墨水直寫3D打印技術(shù)，可以實現(xiàn)纖維素基溶液的微納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計與精度的控制，具有極大的應(yīng)用前景。然而，纖維素墨水在實際的3D打印過程中存在儲能模量低、粘度小，通過直接油墨印刷很難滿足直接打印的要求，調(diào)配具有最佳流變特性的粘彈性油墨、在噴頭內(nèi)容易地擠出并形成自我支撐框架是墨水直寫3D打印的關(guān)鍵。
近日，中國科學(xué)院金屬研究所聚合物復(fù)合材料團隊張陽博士、隋國鑫研究員與嘉興學(xué)院-中澳先進材料與制造研究院江悅博士利用自粘稠、自增強策略實現(xiàn)了纖維素基墨水的粘度、儲能模量等流變學(xué)參數(shù)在大范圍內(nèi)的調(diào)控，賦予了墨水材料剪切變稀的流變學(xué)行為，從而在噴頭內(nèi)實現(xiàn)高剪切速率連續(xù)穩(wěn)定地流動，并在擠出噴頭以后的低剪切條件下迅速回復(fù)到凝膠狀態(tài)。此外，凝膠狀態(tài)下的墨水材料也具有一定的儲能模量，以抵抗重力和表面張力的作用，能夠維持打印結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而得到可打印纖維素基凝膠材料。制備的纖維素原位納米四氧化三鐵氣凝膠能通過靜電作用吸附有機物亞甲基藍分子，且這種吸附是pH依賴的。同時，經(jīng)過簡單的酸洗，亞甲基藍分子與氣凝膠的靜電吸附作用被破壞，亞甲基藍分子重新釋放到酸性介質(zhì)中。這樣就實現(xiàn)了對有機物分子的吸附與收集，是一種經(jīng)濟的、可持續(xù)的吸附劑。我們相信該工作為低碳材料甚至零碳材料的設(shè)計和開發(fā)提供了新的思路，也在水修復(fù)領(lǐng)域展示了一種方便和可回收的方法。
圖1 3D打印凝膠制備示意圖。
圖2 3D打印凝膠光學(xué)照片。
圖3 3D打印凝膠吸附-脫吸附亞甲基藍示意圖。
論文信息：
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
