催化降解是處理有機汙染廢水的有效方法之一。近年來，金屬有機框架材料（MOFs，metal-organic frameworks），因表麵積高、孔結構可調控以及活性位點多等特點，已成為(wei) 一種去除有機汙染物的新型催化材料。但是，目前已報道的許多新型MOFs複合材料，因可加工性、水穩定性以及可回收性等問題，其大規模製備及可持續和工業(ye) 化應用環境均不理想。因此，將MOFs與(yu) 載體(ti) 材料並構築新型MOFs功能化器件將有利於(yu) 提高性能並拓展其實際應用。

　　基於(yu) 此，中國科學院蘭(lan) 州化學物理研究所研究員王曉龍團隊與(yu) 蘭(lan) 州大學副教授周林成團隊合作，結合3D打印技術在複雜器件構築及自由設計、製造與(yu) 成型等領域的優(you) 勢，開展了3D打印MOFs修飾的多孔陶瓷催化材料與(yu) 器件研究，用於(yu) 水體(ti) 有機汙染物催化降解（圖1）。

　　如圖2所示，研究人員首先研發了由磷酸鋁溶膠（AP）、親(qin) 水性氣相SiO₂和聚苯乙烯微球（PS）組成的3D打印陶瓷墨水，其中PS微球用於(yu) 調節3D打印陶瓷的孔隙度；然後，用墨水直書(shu) 寫(xie) （DIW）3D打印技術擠出成型，並經高溫煆燒後獲得高精度的三維多級多孔陶瓷骨架；最後，通過聚多巴胺表麵修飾和水熱法處理技術，在3D打印的多級多孔陶瓷骨架上原位生長MOFs顆粒，從(cong) 而製備出具有結構可調性、高催化活性、長期穩定性以及易於(yu) 器件化的MOFs修飾的3D打印多級多孔催化劑。

　　所得MOFs負載多孔陶瓷因兼具MOFs和納-微-毫米等多尺度孔狀結構，不僅(jin) 因具有高表麵積而對有機染料Methylene blue (MB), Rhodamine B (Rh B), Malachite green(MG)和Crystal violet (CV)等模擬有機汙染物表現出優(you) 異的催化性能，而且滲透率好、水處理效率高。借助3D打印在設計與(yu) 製造方麵的優(you) 勢，研究人員設計構築了不同結構的陶瓷骨架，對陶瓷催化材料的結構和催化性能進行了優(you) 化。同時，研究人員利用3D打印技術還很便捷地實現了多種類型的催化反應器件，如圖3所示的3D打印催化過濾器和3D打印葉輪攪拌器。所得器件具有良好的有機染料催化降解效果且可重複使用，表明3D打印MOFs修飾多孔催化材料與(yu) 器件在實際廢水處理方麵具有較好的應用潛力以及工程化意義(yi) 。

　　上述成果近期在線發表在國際期刊Chemical Engineering Journal 上（DOI: 10.1016/j.cej.2020.125392）。論文的共同第一作者為(wei) 蘭(lan) 州大學碩士生劉德勝和蘭(lan) 州化物所博士生蔣盼，通訊作者為(wei) 周林成和王曉龍。該研究工作得到國家自然科學基金和甘肅省重大專(zhuan) 項科技計劃等的支持。

圖1 3D打印MOFs負載多孔陶瓷及催化降解有機物汙染水處理研究

圖2 MOFs原位生長策略製備3D打印多級多孔陶瓷示意圖

圖3 3D打印MOFs@多孔陶瓷催化過濾器、葉輪攪拌器及應用展示