纖維素是地球上最為古老和儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)纖維素基溶液的微納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shí)際的3D打印過程中存在儲(chǔ)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?cái)D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(tuán)隊(duì)張陽博士、隋國鑫研究員與嘉興學(xué)院-中澳先進(jìn)材料與制造研究院江悅博士利用自粘稠、自增強(qiáng)策略實(shí)現(xiàn)了纖維素基墨水的粘度、儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)高剪切速率連續(xù)穩(wěn)定地流動(dòng)，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(chǔ)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(jī)物亞甲基藍(lán)分子，且這種吸附是pH依賴的。同時(shí)，經(jīng)過簡單的酸洗，亞甲基藍(lán)分子與氣凝膠的靜電吸附作用被破壞，亞甲基藍(lán)分子重新釋放到酸性介質(zhì)中。這樣就實(shí)現(xiàn)了對有機(jī)物分子的吸附與收集，是一種經(jīng)濟(jì)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(jì)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(lán)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
