3D打印陶瓷晶格吸附劑可去除水中75%的全氟及多氟烷基化學(xué)物質(zhì)

導(dǎo)讀：全氟及多氟烷基物質(zhì)（PFAS）是一類在環(huán)境中極為持久的人工合成化合物，因其對健康有明顯的不良影響。目前，用于去除水中PFAS的技術(shù)面臨兩個主要問題：一是降解效果不完全，二是傳統(tǒng)的漿料吸附劑使用上存在限制。為了克服這些問題，研究人員正在致力于開發(fā)一種更簡便且更高效的方法。

△3D打印陶瓷晶格已被證明可以去除水中難以去除的有害化學(xué)物質(zhì)

英國巴斯大學(xué)（University of Bath）的研究人員表示，他們利用3D打印技術(shù)成功開發(fā)一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的氧化銦吸附劑，能夠從水中去除至少75%的全氟辛酸（PFOA），即最常見的全氟烷基及多氟烷基物質(zhì)（PFAS）之一。這項技術(shù)在未來消除水中PFAS化學(xué)物質(zhì)的努力中可能成為一種重要的工具。

△這項研究成果已發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上，題目為“3D打印氧化銦整體材料用于去除PFAS”（傳送門）

全氟烷基磺酸鹽因其極端穩(wěn)定性而被稱為 “永恒的化學(xué)物質(zhì)”，其分解需要的時間長得令人難以置信，在某些情況下長達(dá)1000年以上。全氟烷基磺酸鹽是人造化學(xué)物質(zhì)，已知對健康造成多種危害，包括影響生殖系統(tǒng)、發(fā)育系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)，以及增加患糖尿病的風(fēng)險。

PFAS的來源包括常見的疏水家用產(chǎn)品，如不粘鍋、雨衣、油漆、織物和消防產(chǎn)品等。

△(A) 3D打印機擠出示意圖，(B)連續(xù)生產(chǎn)的氧化銦單片結(jié)構(gòu)，(C) 氧化銦單片的升級

得益于特殊的3D打印結(jié)構(gòu)設(shè)計

巴斯大學(xué)化學(xué)工程系研究員、數(shù)字制造和設(shè)計中心成員Liana Zoumpouli博士表示：“PFAS因極高的穩(wěn)定性和持久性，成為了水處理和公共衛(wèi)生領(lǐng)域關(guān)注的焦點?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)發(fā)明了一種高效的方法，無需消耗大量能源即可從水中去除這些化學(xué)物質(zhì)?！?br />
他接著說道：“使用3D打印技術(shù)制作這種陶瓷晶格結(jié)構(gòu)的吸附劑相對簡單，這也意味著該工藝應(yīng)該是可擴展的。通過數(shù)字化設(shè)計，3D打印技術(shù)使我們能夠制作具有高表面積的物體，這是該工藝的關(guān)鍵。一旦吸附劑準(zhǔn)備好，您只需將它們放入水中，讓它們發(fā)揮作用。這非常令人興奮，我們渴望進(jìn)一步開發(fā)并看到其投入使用?！?br />
盡管全球各地的監(jiān)管機構(gòu)，尤其是美國和歐盟的機構(gòu)，已經(jīng)制定了一些關(guān)于飲用水中PFAS和類似化學(xué)物質(zhì)可接受水平的規(guī)定，但研究人員表示，隨著對健康威脅程度的認(rèn)識加深，可能會進(jìn)一步出臺立法。

合著者Davide Mattia教授補充道：“目前，英國并未對飲用水中這些化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，但有相關(guān)指導(dǎo)方針，我們預(yù)計政策很快將有所變化。水務(wù)公司可能會考慮整合系統(tǒng)來處理這些問題?！?br />

△制備好的氧化銦整塊材料（左）以及在500°C（中）和 1100°C（右）燒結(jié)后的微觀圖片

3D打印吸附劑可以去除水中75%的PFAS

這些4厘米大小的吸附劑由注入陶瓷氧化銦的墨水制成，通過從3D打印機中擠出墨水（就像從管子中擠牙膏一樣），并將它形成晶格形狀。由于氧化銦能夠與PFAS結(jié)合，這些化學(xué)物質(zhì)會迅速粘附在氧化銦制成的吸附劑上，并且可以在三小時內(nèi)從水中去除。這種方法可以與英國及其他國家現(xiàn)有的水處理廠的處理系統(tǒng)兼容。

到目前為止，測試已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些整體式反應(yīng)器可以去除水中75%的PFAS，但該團(tuán)隊的目標(biāo)是通過進(jìn)一步改進(jìn)來提高該過程的效率。研究結(jié)果顯示，這些吸附劑在經(jīng)過高溫?zé)帷霸偕碧幚砗?，每次重?fù)使用后變得更加有效。研究人員希望通過進(jìn)一步的實驗更深入地理解這一現(xiàn)象。