11
2025
-
03
行业新知丨陶瓷3D打印SiOC陶瓷接枝壳聚糖-氧化石墨烯复合材料以增强染料吸附
作者：
从废水中去除合成染料是环境修复中的关键挑战。壳聚糖被认为是一种去除阴离子污染物和金属离子的可持续吸附剂。但它们在纺织废水处理中的实际应用受到独立结构机械强度低、热稳定性和化学稳定性不足的限制。近日，马来西亚诺丁汉大学Chien Hwa Chong教授带领团队在《Separation and Purification Technology》发表了题为《3D-Printed SiOC Ceramics Grafted with Chitosan-Graphene Oxide Composite for Enhanced Dye Adsorption》的研究，他们提出了一种将 3D打印技术与壳聚糖-GO 复合材料的表面接枝相结合的稳健方法，为潜在的工业水处理应用提供了一种有效的策略。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112236
奇遇科技官网：https://www.adventuretech.cn
如无法打开，请拷贝网址到浏览器查阅。
研究内容
在本研究中，教授团队研发了一种新型吸附剂，该吸附剂使用添加剂制造的聚合物衍生陶瓷 (PDC) 整体式材料，该整体式材料接枝有壳聚糖-氧化石墨烯 (GO) 复合材料，用于吸附水中的甲基橙，并通过各种研究研究了3D打印吸附剂的结构、成分、表面形态和热稳定性。
以下是文章的研究方法及数据：
△图1，制备PCP 树脂所用主要化学品的化学式。
△图2，( a) SiOC块体增材制造示意图；(b)壳聚糖-GO在SiOC块体上的制备及表面接枝过程。
△图3，聚合物衍生陶瓷（a）热解前的八隅体桁架结构；（b）热解后接枝壳聚糖-GO的八隅体桁架结构；（c）热解前（右）和热解后（左）的立方螺旋结构整料，显示50％的线性收缩。
△图4，（a）壳聚糖-GO复合材料形成示意图。；（b）接枝壳聚糖-GO复合SiOC PDC整料的表面接枝机理。
△图 5. 3D打印SiOC整料的SEM图像（ai）热解前；在氮气流速为（a-ii）200cm 3 /min和（a-iii）250cm 3 /min下热解后；（bi）接枝交联剂GLYMO后；（b-ii）放大部分，可见裂缝；（ci）接枝壳聚糖-GO后；（c-ii）放大部分，可见壳聚糖颗粒和GO片在裂缝处增殖；（di）甲基橙染料吸附后；（d-ii）放大部分，可见甲基橙颗粒。
△图6，( a)空白SiOC整块材料；(b)GLYMO接枝SiOC整块材料；(c)吸附前的壳聚糖-GO接枝SiOC整块材料；(d)吸附后的EDX分析廓。
△图8，( a) 3D打印陶瓷前驱体及其在800°C下热解生成的SiOC整块材料的FTIR光谱比较；(b)热解SiOC整块材料和接枝在SiOC整块材料上的GLYMO交联壳聚糖-GO复合材料的FTIR光谱比较。
△图9，壳聚糖-GO复合接枝SiOC整料的拉曼光谱（a）全光谱范围；（b）光谱范围50 – 1000 cm −1；（c）光谱范围内1600 – 3100 cm −1 的2D波段。
△图10，（a）3D打印陶瓷前驱体PDC整体件的TGA曲线；（b）热解SiOC以及随后与壳聚糖-GO复合材料的接枝的TGA曲线
△图11， SiOC整料与壳聚糖-GO复合材料接枝之前和之后的应力-应变曲线
△图12，甲基橙的分子结构；(a) 使用仅 GO 接枝的 SiOC 整体件在 pH 值为 7 时进行 MO 染料吸附测试，其中有一些可见的浸出颗粒。
△图13，4小时后的 MO 染料吸附测试样品（a）0.1、0.3、0.5 GO/C 比率壳聚糖-GO 的比较以及 pH 为 3 的吸附研究的三重结果；（b）去除效率图（R%）；（c） MO 染料壳聚糖-GO 接枝 SiOC 整料的吸附容量（Q t ，mg/g）
△图14，吸附动力学研究图；（a）拟一级动力学；（b）拟二级动力学；（c）颗粒内扩散模型；（d）Bangham 动力学模型；（e）Elovich 动力学模型
结论
综上所述，本研究采用LCD3D打印技术成功为壳聚糖-GO 复合吸附剂制造出具有立方螺旋形状的3D打印聚合物衍生SiOC陶瓷整体支撑结构。通过在800 °C下进行90分钟的热解，加热速率为5 °C/min，氮气流速为17.2–20.6 cm/min，实现了聚合物到陶瓷的转化。使用FTIR、TGA、XRD 和FESEM-EDX彻底研究了从聚硅氧烷陶瓷前聚合物到聚合物衍生的SiOC陶瓷的转变，证实了SiOC陶瓷的成功形成。
此外，研究还通过硅烷接枝法，将壳聚糖-GO复合材料有效地接枝到3D打印SiOC整体式表面。使用0.1 GO/C质量比进行的MO染料吸附测试在30°C和pH 3.0下获得最大去除效率（R％）为91.16％，吸收容量（qe）为182.33 mg / g。
吸附动力学最好用拟二级模型来描述，表明涉及电子共享或交换的化学吸附是主要机制。这表明在吸附剂表面形成了染料分子单层，突出了染料和壳聚糖-GO复合材料之间的强相互作用。
相关新闻
立即咨询
如果您对我们的产品感兴趣，请留下您的电子邮件，我们将尽快与您联系，谢谢！
深圳地址：广东省深圳市龙岗区留学人员创业园1园120房间 佛山地址：广东省佛山市南海区大沥镇盐步穗盐西路92号a栋304-1