3D多孔结构与3D打印技术在催化领域的应用意义

3D多孔结构能加速催化反应过程中的物质传输，在一定程度提高材料表面积，对催化反应有积极的作用。合理利用3D打印技术超强的成型能力，设计制备具有特定形状的非晶合金催化剂，对提高染料废水降解效率、降低工业化应用成本具有极大的意义。

工业文明下的水体污染与染料废水处理现状

工业文明给人类社会带来了巨大的便利，同时也带来了严重的环境污染问题。目前我国水体污染严重，染料分子是一大类污染物，寻找合适的废水净化方式对保证我国水体安全具有重大意义。微生物法、吸附、膜过滤、混凝法、零价金属还原法、高级氧化法等各种技术被提出用来处理染料废水。此外，在处理完成之后需要专门的分离措施使得催化剂从水体中分离，增加了后续的工业应用成本。

针对非晶合金催化剂的系列研究工作

为了获得易分离、高活性高稳定性高级氧化法催化剂，以Zr55Cu30Ni5Al10和Fe68Mo5Ni5Cr2P12.5C5B2.5开展如下工作：

1. SLM制备三维网格状Zr - 基非晶合金：针对非晶合金处理完废水后分离难的问题，采用SLM技术制备了三维网格状的Zr - 基非晶合金，降解完成后能很方便地从水体中取出。在这个工作中，验证了SLM技术制备不同形貌的非晶态合金的可能性，并研究了打印件形貌对非晶合金微结构的影响。
2. 脱合金化技术扩大比表面积：结合脱合金化技术，在非晶合金表面形成纳米多孔结构以扩大比表面积。利用脱合金化技术在Zr基非晶合金表面形成了纳米多孔铜层，成功增大了材料比表面积。
3. 探究形貌对催化性能的影响：探究了SLM技术成形的不同几何形状对催化废水降解性能的影响，优化出了具有最佳降解性能的栅格状结构。以栅格状非晶合金为前驱体制备了一种三维分级多孔纳米铜催化剂，表征了催化剂对甲基橙等染料分子的降解能力。通过SEM、TEM、XPS、XRD等技术手段对催化剂反应前后的结构变化进行了表征，并结合一系列对比实验揭示该催化剂高催化活性的来源，提出了可能的降解机理。
4. 双金属催化剂的研究：双金属催化剂往往比单一组分的催化剂具有更高的活性，传统方法制备双金属非晶态合金催化较为困难。通过将Cu粉与Fe基非晶粉复合起来再利用SLM技术形成三维网状MG/Cu双金属催化剂，研究了该双金属催化剂对染料废水及医疗、化工行业废水的降解性能，发现其具有优良的催化降解能力和稳定性。通过对MG/Cu催化剂的微观结构进行分析表征，并结合一系列猝灭实验、对比实验以及第一性原理计算，对双金属Fe MG/Cu的高催化活性和高稳定性给出了一定的解释。

非晶合金催化剂的应用前景与现存问题及解决思路

非晶合金制备成本低廉、具备高效催化降解染料废水的能力，因而具有极大的应用前景。然而，目前常用的非晶合金形态为粉状或条带状，造成非晶合金比表面积较小，处理完成之后与水体分离困难等问题。三维立体多孔非晶合金能有效解决与水体分离问题，脱合金化技术能有效增加非晶合金比表面积，这两种技术结合可能能获得高催化降解性能易分离的催化剂。

SLM制备非晶态合金的结构特点与研究方向

SLM技术是目前最适合制备复杂多孔结构非晶合金的成形技术，因其不需要特定模具、可成形体系多、得到零部件中非晶含量高。SLM制备的非晶态合金的结构与传统甩带、吸铸等方式得到非晶合金并不一致，要想获得较高催化降解性能的三维立体多孔非晶合金催化剂，首先需要对SLM制备非晶结构的微观结构有细致的了解，在此基础上才能进行进一步的调节。在SLM制备块状非晶合金中，大量研究结果表明，热影响区会发生部分晶化，熔池内合金则完全是非晶态的，两者互相堆叠形成大块样品。

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