3D打印催化材料开发与应用进展

与传统制备技术相比，3D打印技术在材料制备方面具有低成本、精度高和结构可控等优势，这使得3D打印技术在催化领域受到了广泛的关注。本文介绍了催化材料3D打印技术的最新进展，包括熔融沉积、光固化技术、直接墨水书写和选择性激光烧结技术。并对基于3D打印的聚合物、碳基材料、金属及氧化物基等材料在催化领域的应用进行了综述。文中指出，3D打印技术为催化剂的制备提供了一种新的途径，但在催化剂制备和应用方面仍存在打印速度慢、材料物理化学性质不稳定和使用范围受限等不足。本文提出了在材料种类拓展、催化剂结构优化、新型打印机与表面涂层技术研发等方面的未来发展方向。     

3D打印技术在生物医用高分子材料制备领域的应用进展

3D打印技术因其能够完美地将制造技术和信息技术结合打印获得不同患者所需的个性化生物材料,精准快速,并可以控制材料的内部微观结构在患者体外进行打印等特点在生物医学高分子材料制备应用中成为新的研究热点。本文概括了3D打印技术及其在制备生物支架材料、生物医用水凝胶等高分子材料方面的应用进展情况,并对其在该领域未来应用发展的机遇和挑战做了预测。     

滴定-凝胶法制备球形水凝胶吸附材料及其在废水处理中的应用

滴定-凝胶法制备球形水凝胶吸附材料具有3D倒漏斗状微观形貌结构，孔径分布宽泛，对水体中重金属、染料等污染物具有快速响应机制，已被广泛用于水处理过程研究。综述了滴制法制备球形水凝胶吸附材料的主要过程机理、水凝胶具有的特殊形貌结构及其在水处理过程中的应用，分析了球形水凝胶吸附材料在水处理应用过程中存在的问题和局限，并指出了其在水处理领域的应用前景及发展方向。     

3D打印技术在家具领域的优势与局限

介绍了在家具设计与制造过程中常见的3D打印技术,对应用的场景进行了分类分析。列举了国内外家具领域应用3D打印技术的成功案例,并说明其应用的特点和可取之处。在其优势探讨中,分别从3D打印对家具结构、设计、生产过程、市场潜力等方面的影响进行了论述,较全面地说明该技术对于传统家具业带来的颠覆式改变和未来趋势。同时,面对现在不成熟的技术条件,客观地指出3D打印技术在材料、设备、定位、知识产权等方面存在的局限性和潜在问题。最后表明观点,3D打印在家具领域的应用具有较大前景。     

金属基整体式催化剂的研究进展

系统地介绍了金属基整体式催化剂的结构、制备、性能及其数值模拟方面的研究进展,阐述了该类催化剂在工业催化领域中的应用。通过对研究现状的分析,提出了金属基整体式催化剂的制备仍需进一步解决的几个关键问题,指出金属基整体式催化剂在吸/放热反应耦合过程中的应用极具发展潜力。     

贵金属催化燃烧催化剂的研究

VOCs大多具有毒性,并伴有刺激性的恶臭,直接排放会威胁人类健康,并对环境造成严重污染。目前,催化燃烧技术是工艺较为成熟,同时也是应用较为广泛的VOCs的净化方法。实际过程使用的催化燃烧催化剂多为具有规整结构的蜂窝状催化剂,活性组分通常为Pt、Pd、Ru等贵金属。从整体式催化剂的角度出发,制备了Al_2O_3和TiO_2两种涂层的整体式催化剂用于催化燃烧消除苯的实验,未添加铈锆粉时的活性顺序:Pt/Al_2O_3/堇青石Pt/TiO_2/堇青石;添加铈锆粉后的活性顺序:Pt/CZ-Al_2O_3/堇青石Pt/CZ-TiO_2/堇青石,同时铈锆粉的添加还可以提高催化剂的热稳定性。     

（急）3D打印气凝胶的研究现状

气凝胶材料具有高比表面积、高孔隙率、低密度以及低热导率等诸多优良性能，被认为是21世纪的十大新材料之一。然而传统气凝胶由于其力学性能有限，难以经过后加工技术形成所需的复杂形状结构，满足实际应用的需求。因此，无需复杂后处理即定制化制备复杂形状结构材料的3D打印技术有望成为突破气凝胶材料应用瓶颈的先进制造技术。本文从3D打印气凝胶的技术种类和材料类型两个方面，综述了3D打印气凝胶材料的研究进展；归纳了3D打印气凝胶材料在阻燃隔热、介电和组织工程中的独特应用并展望了3D打印气凝胶的发展趋势。最后指出扩宽3D气凝胶材料的材料体系、开发更适应气凝胶打印的3D打印技术、提升打印精度与速度和深入研究3D打印气凝胶的可控孔隙结构对其性能的影响是未来的几个重要的研究方向。3D打印气凝胶材料的开发有望促进气凝胶材料的快速发展。     

人工脑膜研究现状及3D打印技术应用前景

综述了近年来人工脑膜的研究现状,重点从硬脑膜替代材料和制备方法两个方面进行了介绍。同时结合3D打印技术,主要通过对3D打印技术分类方法和目前3D打印技术在生物工程上的应用两方面的介绍,为3D打印制备人工脑膜的设想提供一定的可能性。     

软物质材料3D打印技术及应用进展

软物质材料在智能控制领域具有广泛的应用前景,通过三维(3D)打印技术可以实现材料的快速设计和制造。3D打印技术可利用计算机编程控制材料的组成以及不同长度尺寸的架构能力,能够对材料的微观结构进行精确控制,该技术推动了众多创新领域的应用。近年来,由于3D打印技术的不断完善和创新,已经在医学临床治疗、组织器官再生、传感器设计和能量储存等领域取得了较好成绩。文章对不同的软物质材料3D打印技术进行了分析和对比,探讨了近年来在生物医学、电能储存、软传感器和机器人的应用进展,最后提出需要开发新的3D打印机,该设备具有打印速度快、成本低、可扩展性强的特点,实现真正的快速制造。     

基于3D打印的多孔陶瓷膜研究进展

高性能膜材料是膜分离技术的“芯片”，发展新型高效制备方法是膜分离领域的重要研究方向。以数字模型为基础的3D打印技术，在复杂结构器件精密构筑方面展现出了优异的灵活性。近年来，3D打印技术在高性能膜材料开发方面的应用被广泛关注。本文从制备方法、性能强化等方面介绍了3D打印多孔陶瓷膜的研究进展，探讨了多孔陶瓷膜3D打印技术面临的挑战，并对3D打印技术在陶瓷膜领域的潜在发展方向进行了展望。     

燃煤烟气中单质汞吸附与氧化机理研究进展

燃煤电厂汞排放控制是当前的研究热点,实现燃煤烟气中汞的脱除涉及两个非常重要的过程：吸附与氧化。本文概述了汞在吸附剂表面吸附的相关理论和单质汞的催化氧化机理,结合碳基和非碳基吸附剂相关吸附特性的研究现状,对汞的吸附机理进行了讨论,回顾了SCR、碳基、以及金属和金属氧化物三种常见催化剂对单质汞的催化氧化性能并总结了其可能存在的机理。指出吸附剂表面活性位是决定其对汞吸附效果的关键因素,异相反应是单质汞氧化的重要途径,吸附和氧化是相辅相成的,不同催化剂不同气氛下氧化机理不同。并提出通过氯化物等物质改性能够提高吸附剂的吸附效果,深入研究汞的异相反应机理并开发经济有效的汞脱除方法是今后的研究方向。     

不同方法制备的镍基非加氢脱硫吸附剂的脱硫效果

针对不同方法制备的镍基非加氢脱硫吸附剂及改性前后的吸附性能进行评价。在常压下,以100×10-6噻吩的苯溶液为模型原料油,氧化镍作为吸附剂的活性组分,评价各吸附剂的脱硫性能,分析等温吸附曲线,改性前后、再生前后脱硫性能的变化规律。结果表明,不同方法制备的吸附剂吸附效果大不相同。沉淀法制备的吸附剂表面活性组分分布均匀,半峰宽较小,结晶度高,吸附硫容大,操作简便。助剂氧化锌的添加起到较好的助催化效果,且能增强活性组分与载体之间的相互作用。沉淀法制备的吸附剂的再生性能优异,能够很好的重复利用。     

车用燃料油固体脱硫吸附剂的研究进展

吸附脱硫的优势是投资成本低、操作条件温和,其技术关键在于研发吸附硫容量大、选择性高和再生性能好的固体吸附剂。本文综述了车用燃料油固体脱硫吸附剂的研究进展,包括常规的分子筛、活性炭、金属氧化物吸附剂以及一种新型金属-有机骨架（MOFs）材料脱硫吸附剂。从吸附机理、制备方法、脱硫效果等方面分析了上述吸附剂的优缺点和改进方向。提出今后的固体脱硫吸附剂可从吸附机理出发在分子尺度上设计和组装新材料的观点。     

Optimal design of axial noble metal distribution for improving dual monolithic catalytic converter performance

In practical applications, monolithic catalytic converters are operated at non-isothermal conditions. In this case, the active metal distribution along the length of the converter may influence its performance. Indeed, better conversions can be achieved by controlling the distribution of the same quantity of active material. In this study, we used a one-dimensional catalyst model to predict the transient thermal and conversion characteristics of a dual monolithic catalytic converter with Platinum/Rhodium (Pt/Rh) catalysts. The optimal design of a longitudinal noble metal distribution of a fixed amount of catalyst is investigated to obtain the best performance of a dual monolithic catalytic converter. A micro-genetic algorithm with considering heat transfer, mass transfer, and chemical reactions in the monolith during the FTP-75 cycle was used. The optimal design for the optimal axial distribution of the catalyst was determined by solving multi-objective optimization problems to minimize both the CO cumulative emissions during the FTP-75 cycle, and the difference between the integral value of a catalyst distribution function over the monolith volume and total catalytic surface area over the total monolith volume.     

Activation of monolithic catalysts based on diatomaceous earth for sulfur dioxide oxidation

The formation of the active phases during the activation process of monolithic catalysts based on V₂O₅–K₂SO₄ supported on diatomaceous earth for SO₂ to SO₃ oxidation in flue gases, has been shown to be a crucial factor to achieve satisfactory catalytic performance. As the temperature is increased from room temperature to 470°C, SO₂ and SO₃ are taken up by the green catalyst and the precursors are transformed into the active species. The role of each component of the catalyst during the activation was analyzed by studying the behavior towards SO₂ adsorption of four materials, which contained: diatomaceous earth, diatomaceous earth + V, diatomaceous earth + K, and diatomaceous earth + V + K. The influence of the potassium sulfate accessibility in the green catalyst was studied by using two different preparation methods, which gave rise to differences in the catalysts SO₂ adsorption properties and catalytic performance. Furthermore, the influence of the activation atmosphere was studied using nitrogen, oxygen or a flue gas composition. It was shown that pyrosulfate species should be formed at temperatures below 400°C, to keep the vanadium in the active 5+ oxidation state.     

典型液体危化品吸附材料性能

目前用于典型液体危化品吸附的材料类型主要有树脂型和有机高聚物超细纤维型,两种类型中分别选取甲基丙烯酸酯吸油树脂和聚丙烯纤维吸附材料,对此两种吸附材料的吸附相关特性进行了对比实验研究,包括吸附倍率与时间的关系、吸附选择性以及循环吸附/解吸特性等。结果表明,两种吸附材料吸附甲苯的吸附平衡时间均为4 s左右,其中聚丙烯纤维吸附材料的平衡吸附倍率为17.82 g/g,为甲基丙烯酸酯吸油树脂的2.2倍;两种吸附材料都具有较好的吸附选择性;聚丙烯纤维吸附材料在吸附甲苯后能够通过挤压方式解吸附实现循环使用,平均解吸率在80%以上;甲基丙烯酸酯吸油树脂在吸附甲苯后无法通过挤压方式进行解吸附。实验结果将为基于吸附材料的水面液体危化品回收设备的研发奠定基础。     

改性吸附剂去除废水中磷的应用研究进展

去除废水中过量的磷可以减缓水体富营养化。吸附除磷因具有能耗低、容量大、污染少等优点而备受关注，改性吸附剂则可在此基础上提高除磷的靶向性，拓宽操作条件，增大吸附容量。本文分析了改性硅酸盐类、改性金属氧化物类、改性固体废弃物类和聚合物类4类除磷吸附剂的改性方法和吸附性能。硅酸盐类吸附材料以及固体废弃物类材料除磷效果略差，但因来源丰富、价格低廉而具有极大的吸引力。聚合物类吸附剂具有高吸附容量、高选择性，但价格昂贵。金属（氢）氧化物具有出色的磷酸盐吸附性能，且选择性好、吸附速度快，这些化合物已被掺入到沸石、介孔二氧化硅和生物炭等材料中，进一步增强其吸附性能，并在工程材料应用中取得重大突破，主要包括磁性吸附剂和颗粒吸附剂。4类吸附剂的作用机理可归纳为两种：一种是吸附剂上的金属与磷酸盐离子发生配位反应，形成沉淀；另一种是酸性条件下吸附剂上的羟基质子化，使羟基带正电，质子化的羟基通过静电吸引使磷得以去除。通过对不同类别吸附剂的吸附特性进行对比分析，提出将高分子技术运用到吸附剂制备过程中，开发同时具有较强解吸能力的改性吸附剂将成为除磷吸附剂研究的新热点。     

吸附剂的应用研究现状和进展

利用吸附法进行废水处理,具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物料以及吸附剂可重复使用等优点,因此随着现有吸附剂性能的不断完善以及新型吸附剂的研制成功,吸附法在水处理中的应用前景将更加广阔。主要对活性炭、吸附树脂、改性淀粉类吸附剂、改性纤维素类吸附剂、改性木质素类吸附剂、改性壳聚糖类吸附剂以及其他可吸收污染物质的药剂、物料等吸附剂的应用研究现状和发展趋势进行综合概述。     

Optimal Distribution of the Active Component in Catalytic Methane Oxidation

A mathematical model for determining the optimal distribution of the active component in catalytic methane oxidation is considered, and necessary conditions for the existence of a solution are obtained. It is shown that, under adiabatic conditions, the optimal distribution is a monotonically decreasing distribution of the active component of the catalyst along the catalytic monolith length. For catalytic methane oxidation on a monolithic catalyst under conditions typical of gas-turbine applications, the optimal distribution of the active component is found.     

CARBON-BASED MONOLITHIC STRUCTURES

The interest in using monolithic structures for chemical conversion and adsorption processes is increasing. A relatively new type of monolith is based on carbon. The combined favorable properties of carbon and monolithic structures create a support with great potential in catalytic and adsorption processes. This review describes the current state of the art of carbon-based monolithic structures with respect to preparation, obtained support properties, and application in catalytic and adsorption processes, and it evaluates upcoming application areas.