[發明專利]一種基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法和凈化污水的裝置

在審

• 申請號: 202011337222.4
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112337434A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 張惠寧;石中玉;尹鑫;肖彥奎;韓建平;王少峰;高世銘;吳志國;魏智強
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學;甘肅省科學院;白銀市實創高新產業研究院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F9/02
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 趙莎莎

本發明公開了一種基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法及和凈化污水的裝置，石墨烯復合材料加入了增稠劑并通過直寫式3D打印后，成品在吸附凈化污水后，方便回收處理。設置上下兩層罐體，上層攪拌與下層的過濾可同時進行，加快污水處理速度，下層罐體的濾網上裝有圓錐形保護罩，可有效保護濾網上的石墨烯3D打印復合材料不會被上層罐體直接灌入的污水直接沖擊。排水管連接一水泵，也可加速下層罐體的過濾速度。上下罐體間設有定時開關，可在上層污水攪拌一定時間后，自動打開使攪拌反應后的污水進入下層罐體，等一定時間污水全部進入下層罐體后閉合，在下層罐體污水過濾的同時，上層罐體引進新的污水攪拌反應。

技術領域

本發明屬于3D打印材料技術領域，具體涉及一種石墨烯漿料的制作方法及凈化污水的應用。

背景技術

3D打印是當今被廣泛認為是一種革命性的制造技術，是一種新型的增材制造工藝。可基于軟件模型設計，利用數字模型和分層打印、逐層堆疊積累的方式構造三維實體的技術，簡單、快速的直接生產具有任意結構的三維對象，3D打印提供的靈活性在眾多領域具有重要的應用前景。

石墨烯是一種碳原子緊密堆積，擁有單層二維蜂窩狀晶格結構的材料。優良的電學、光學及力學特性，三維石墨烯具有高的孔隙率、低的密度、高的比表面積以及良好的電/熱導率等優異性能，因而在眾多領域具有廣泛的應用前景。

在污水凈化中，可以利用石墨烯的高比表面積，用來吸附水中有機污染物,例如有機染料、烴類、原油、農藥和一些天然有機物質。而將3D打印與石墨烯相結合，可以輕易獲得結構可控、形狀多樣化的三維石墨烯，為實現三維石墨烯的可控制備與設計，以及對三維石墨烯及其復合材料的裁剪設計提供了有效技術支持。當下，已被投入使用的通過3D打印制備三維石墨烯材料的制備方法主要有噴墨打印法、直寫成形法、熔融沉積成形法等。

運用直寫成形法(DIW)3D該技術是將配置好的“墨水”裝入噴墨裝置，通過電腦/軟件控制將“墨水”沿著設計路徑擠出針頭打印，要求“墨水”通過針頭時，有良好的流動性以保證易于擠出，而在材料堆積成型后應具有足夠的自支撐能力以保持結構的三維形態。目前將3D打印石墨烯運用于污水凈化的研究資料并不多，如何保證石墨烯“墨水”的成功打印、石墨烯成品在污水處理中抗水流沖擊以及成品在相互沖撞下完好的能力，以及是石墨烯成品在污水中長時間浸泡后不會分散或化為最初的石墨烯粉末造成二次污染，是需要著手解決的問題。

污水凈化設備主要是用于對污水進行凈化使其可以再利用，不僅保護了環境還節約了水資源，廣泛的運用于工業生產、污水處理等行業，但現在的污水凈化設備往往存在反應耗時較大，在凈化時需耗費時間等待凈化完成后再引入后續污水。

發明內容

本發明提供了一種石墨烯3D打印復合材料的制作，以及利用石墨烯3D打印復合材料凈化污水的裝置。

一種基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法：

步驟1.石墨烯3D打印復合材料的制備：

在200ml乙醇中加入4g石墨烯，為防止石墨烯團聚加入1g乙二醇單丁醚，超聲1h；超聲后為保證石墨烯“墨水”能夠有一定的粘度保證后續打印的成型，加入3g聚乙烯吡咯烷酮作為增稠劑，超聲40min；將混合溶液在75℃下水浴加熱并攪拌，去除大部分乙醇溶液，使溶液在冷卻后不能通過自身重力流動。

步驟2.3D打印成型：

用計算機3Dmax等軟件繪制所需打印的三維石墨烯復合結構，輸入到3D打印機中。將制好的溶液加入直寫式3D打印機中，打印成型。

優選的是：所述步驟1中石墨烯納米片為單層、少層或多層。

優選的是：實驗所用氣壓約為0～1MPa，移動速度約5-15mm/s剪切速率在10^-1～10^-3S^-1。