布法罗大学（UB）研究人员开发了一种新型的3D印刷水石墨烯气凝胶，可以在大型废水处理厂中缩放以供使用。
Composed of a styrofoam-like aerogel, latticed graphene and two bio-inspired polymers, the novel material is capable of removing dyes, metals and organic solvents from drinking water with 100% efficiency. Unlike similar nanosheets, the scientists’ design is reusable, doesn’t leave residue and can be 3D printed into larger sizes, thus they now aim to commercialize it for industrial-scale deployment.
“目的是在不释放任何有问题的化学残留物的情况下安全地从水中清除污染物，”研究合着者和Nirupam Aich UB环境工程助理教授解释说。“我们创建的空气凝胶将其结构放入水处理系统中，并且可以应用于各种水处理应用中。”
石墨烯的净化潜力
高的比表面积和能力exert electrostatic and hydrophobic interactions simultaneously, graphene nanomaterials have recently emerged as a promising means of absorbing water contaminants. In particular, the material’s graphene oxide (GO) derivative has been tested extensively for water purification purposes, but recovering GO devices from industrial processes has proven difficult.
最近，科学家们试验将纳米片组装到宏观气凝胶中，使它们具有更高的吸收能力并使其更具检索。但是，由于处理限制，这种石墨烯气管很少在治疗设施中部署，从而阻止它们被纳入工业净化反应堆，柱子和过滤器中。
相比之下，直接墨水写作（DIW）为用户提供了对生成零件的大小，形状和体系结构的精确控制，而该过程的可重复性使其高度可扩展。已经部署了3D打印来创建热，能量和生物医学石墨烯设备，因此，布法罗科学家推测它也可以用于开发大型制造的水净化系统。
A scalable water-cleansing aerogel
为了快速，一致地生产气凝胶，研究人员首先需要创建基于石墨烯的墨水，并具有允许吸水的同时防止颗粒团聚的特性。为了实现这一目标，布法罗团队在GO粉末中添加了生物启发的聚多巴胺（PDA）和牛血清白蛋白（BSA），从而产生了一种新颖的粘弹性优化的3D打印材料。
Leveraging a retrofittedUltimaker2 GO 3D打印机，然后研究人员在冷冻和冷冻干燥之前制造了12 mm（d）x 4 mm（h）圆柱测试样品，并留下G-PDA-BSA气凝胶。在随后的测试中，团队反复将其材料暴露于有机溶剂载荷水中，以评估其污染物的去除能力。
在每种情况下，石墨烯气瓶能够去除100％的溶剂，同时将彩色染料污染减少多达20％。在后来的设计迭代中，科学家甚至设法重新配置了其气凝胶，以便它可以将铅和铬等重金属植根，这些合金在当前的水去污设施中仍然难以清除。
随着进一步的发展，科学家认为，他们的可扩展方法也可以应用于创建其他功能性可重复使用的纳米材料，并以吸附剂，反应堆或过滤器等设备的形式在水过滤厂中使用潜在的最终用途应用。
“We can use these aerogels not only to contain graphene particles but also nanometal particles which act as catalysts,” concluded Aich. “The future goal is to have nanometal particles embedded in the walls and the surface of these aerogels, and they would be able to degrade or destroy not only biological contaminants, but also chemical contaminants.”
3D打印净化设备
Given the low cost and design flexibility permitted by 3D printing, it’s increasingly being used to create novel devices that make drinking water more readily available to those in need. Just last year, the剑桥大学spin-out蓝色水龙头已收到英国创新为其资金3D打印的氯剂量，可以将其安装在发展中国家的水系统上，以使其安全饮用。
同样，研究人员巴斯大学已经开发了一个3D打印的水净化“平板”，这利用太阳的热量和紫外线来杀死生活在液体中的有害微生物。该技术旨在为不太富裕的亚洲，非洲和拉丁美洲社区提供干净的饮用水。
On a more militaristic note,GE研究最近被授予1430万美元国防高级研究计划局（DARPA）到3D打印一个设备用薄空产生水。便携式系统是为了为最多150名士兵提供水，后来可以部署以解决世界各地的水短缺。
研究人员的发现在其论文中详细介绍了“新兴调查员系列：3D印刷石墨烯 - 双聚合物气凝胶用于水污染物：概念证明。”这项研究由Arvid Masud，Chi Zhoub和Nirupam Aich共同撰写。
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特色图片显示了科学家在Kim擦拭处的冻干超轻的G-PDA-BSA气凝胶。通过布法罗大学的照片。
