陈港教授等《AM》：3D打印助力纳米纤维素/氯化锂吸收剂从空气中快速集水

shanbian

吸湿性盐基复合吸收剂是利用太阳能驱动进行大气集水（AWH）的理想选择之一，传统的设计策略是将吸湿性盐负载到多孔基质中，但表面吸湿位点的失活及结构的高曲折度导致吸收剂的水蒸汽吸收及释放速率较慢，尽管定向冷冻干燥法可以通过构建垂直排列的孔结构加速吸收剂的水蒸汽吸收及释放速率，但对垂直孔结构的精准调控仍存在挑战。
　　近日，华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室科研骨干、轻工科学与工程学院陈港教授与不列颠哥伦比亚大学姜锋教授、东北林业大学陈文帅教授合作，利用3D打印结合冷冻干燥技术，开发了一种兼具高度垂直对齐的毫米级孔结构及微米级孔结构的纳米纤维素/氯化锂复合吸收剂，其分级的孔结构设计为防止氯化锂的泄露及加速水蒸汽的吸收及释放提供了一种新的策略。
　　该工作通过3D打印及冷冻干燥技术，制备了双层结构的纳米纤维素/氯化锂-纳米纤维素/碳纳米管多孔吸收剂。由3D打印和冷冻干燥衍生的多尺度孔结构能有效增加氯化锂暴露于空气中的吸湿活性位点，实现底层纳米纤维素/氯化锂结构对水蒸气的快速吸收并储存于亲水性纳米纤维素网络中。同时，顶层的纳米纤维素/碳纳米管能够将吸收的太阳能转化为热能以蒸发底层结构吸收的水。与常规冷冻干燥法制备的双层气凝胶吸收剂相比，3D打印双层支架表现出更高效的吸水及释水性能，并且成功实现从空气中集水，展示了3D打印纤维素基支架在大气集水领域的实际应用潜力。

图1  3D打印双层支架吸收剂的结构和工作原理

　　该研究成果以“3D Printed Cellulose Nanofiber Aerogel Scaffold with Hierarchical Porous Structures for Fast Solar‐driven Atmospheric Water Harvesting”为题发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》。论文第一作者为不列颠哥伦比亚大学博士后朱朋辉（博士毕业于华南理工大学轻工科学与工程学院特种纸团队）；通讯作者为华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室科研骨干、轻工科学与工程学院陈港教授和不列颠哥伦比亚大学姜锋教授及东北林业大学陈文帅教授。
       原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306653
       陈港教授，博士生导师，现任华南理工大学特种纸研究团队首席教授，特种纸技术创新平台负责人，国家级教学团队负责人、教育部高等学校轻工类专业教学指导委员会委员，中国造纸学会理事，中国造纸学会涂布加工纸专业委员会副主任，中国造纸学会纳米纤维素及材料专业委员会委员，中国智能包装产业技术创新战略联盟专家组成员，广东省造纸学会副理事长兼秘书长，担任《中国造纸》、《中国造纸学报》、《造纸科学与技术》编委以及多家行业龙头企业技术顾问。主要研究领域造纸新技术与特种纸，包括特种纸新技术、纸基功能材料、纸张涂布技术与理论、多种纤维混合成型机理、纳米纤维素制备及应用、造纸化学品的优化及应用、纸张防伪技术、功能材料在造纸过程的应用等，先后主持和参加国家自然科学基金、国家“973”计划、广东省自然科学基金、广东省高新技术成果孵化项目、粤港重点领域重大突破招标项目、广东省产学研项目、广东省科技攻关等80多项纵向项目和横向项目，总经费达3700万。近年来发表论文100多篇，其中三大索引收录的论文40篇，编写专著1本。有5项成果通过技术鉴定，拥有8项发明专利，申请发明专利6项。一直以来非常重视产学研合作和成果产业化，目前与多家行业龙头企业建立战略合作联盟,其中特种合成纸、烟草薄片、数码相纸、数码喷墨纸、热/水转印纸、超感纸、热敏纸、耐水洗高强纸、超平滑/高光泽纸张、充皮纸、无石棉密封材料、食品包装纸、无纺墙纸、过滤纸等技术成功产业化。