本技术涉及一种3D打印载体负载改性碳材料复合催化剂的制备方法及其应用。该催化剂通过在3D打印载体上负载经过振动球磨改性的碳材料制成。
背景技术
自1944年人们将青霉素成功应用于临床以来，抗生素(Antibiotics)得到了广泛的发展，日益被用作改善人类健康，治疗细菌感染和促进畜牧业增长最重要的药物。然而，研究发现只有10％的抗生素在人类和动物体内代谢，其余的则通过尿液和粪便排出体外并释放到水环境中。抗生素进入环境对人类和环境健康的危害引起了人们的广泛关注。然而，抗生素不易降解且常规的污水处理技术往往不能将其从水体中完全去除。因此，迫切需要一种高效、环保的水污染处理技术来处理抗生素废水。
高级氧化技术(AOPs)可以有效地氧化甚至矿化难降解的有机污染物。其中，过一硫酸盐高级氧化(PMS-AOP)已被证明是一种更有效的污水处理技术。与基于羟基的AOP相比，PMS的O-O键断裂产生硫酸根自由基(SO4
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)，在水环境中具有更强的氧化能力和更长的存活时间。然而，PMS是稳定的，很难实现分解成SO4
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参与反应。因此，需要进一步活化PMS产生活性自由基，用于有机污染物的氧化降解。
PMS-AOP过程中PMS的活化是通过使用各种催化剂材料如金属离子/氧化物、化学、热、光和超声波过程来实现的。尽管过渡金属离子/氧化物可以有效地激活PMS，但会导致二次污染，如金属污泥的形成或金属浸出到水环境中。在其他AOP中，热、光和超声波处理过程需要提供外部能量来激活PMS。近年来，无金属碳质材料被广泛用于活化PS/PMS材料，以有效降解水环境中的有机污染物。其中，活性炭具有大的比表面积、多孔结构、丰富的含氧官能团、巨大的比表面积和高孔隙率等优势，且活化过硫酸盐不需要外部提供能量，有效避免金属浸出被广泛应用于过硫酸盐的活化。
固定床反应器(FBR)可用于多相工艺，如分离、蒸馏和催化反应等。反应器内的填料可增加两相之间的接触面积，从而提高工艺效率。例如催化剂与各种氧化剂(如臭氧、过氧化氢和过硫酸盐)或替代能源(如光子、电气或热能)的协同作用，有利于降解难处理废水。在这类反应器中，填料通常以随机填充的球形或圆柱形材料排列。然而，当FBR用于工业应用时，可能会面临压力损失显著、空隙分布不均匀和传质效率降低等问题。因此，调节FBR中催化剂的制备和操作条件对于提高其废水处理能力至关重要。
3D打印技术又称增材制造技术是一种快速成型技术，是通过计算机建立数字模型，控制打印机对粉体颗粒逐层打印的方式来构造器件的技术。现阶段主要分为四种打印方式，分别立体光固化成型技术(SLA)、熔融沉积成型技术(FDM)、选择性激光烧结技术(SLS)、数字光处理技术(DLP)。其中DLP 3D打印技术的基本原理是数字光源以面光的形式在液态光敏树脂表面进行层层投影，层层固化成型。这种技术相比传统的3D打印技术，因其成型精度高、价格低廉而发展迅速，受到广泛关注。
其中，3D打印掺杂打印技术通过精确控制打印过程中的材料添加，为各种应用领域提供了新的可能性。然而，掺杂技术还存在一些技术挑战，如掺杂打印时光敏树脂中各成分密度不同，长时间静置后会发生分层现象，分层后的树脂在相同的曝光参数下无法固化；光敏树脂暴露在环境中呈现吸水的特性，环境湿度过高会导致树脂局部小环境内水分所占比重提升，有效成分降低；环境温度的变化会导致各个固化层的反应效率不一致，材料内部应力不平衡，最终导致成型件的严重变形，这些因素都会导致掺杂打印时的稳定性问题。为避免掺杂打印过程中的稳定性问题，负载型催化剂是一种不错的选择。3D打印负载型催化剂是一种通过3D打印技术制备的催化剂，其中负载型结构是指活性物质被固定在载体材料上，形成具有特定结构和功能的催化剂。3D打印负载型催化剂相比传统催化剂具有低成本、高精度、结构可控等优势，特别是在制备复杂结构催化剂方面展现出巨大潜力。
实现思路