石墨烯擅长去除水中的污染物，但它还不是这种神奇材料的商业可行用途。在最近的一项研究中，布法罗大学的工程师汇报3D打印的新工艺石墨烯气凝胶，他们说克服了两个关键的障碍，可扩展性和创造一个版本，这是重复使用的，稳定的足够材料的水治疗。

“目标是在不释放任何有问题的化学残留物的情况下安全地去除水中的污染物，”该研究的合著者、UB 工程与应用科学学院环境工程助理教授 Nirupam Aich 博士说。“我们创造的气凝胶在放入水处理系统时保持其结构，它们可以应用于各种水处理应用。”

这项研究——“用于去除水污染物的 3D 打印石墨烯-生物聚合物气凝胶：概念证明”——发表在《环境科学：纳米》杂志的新兴研究者系列中。Arvid Masud 博士是 Aich 实验室的前学生，是第一作者;UB工业与系统工程副教授Chi Zhou博士是合著者。

气凝胶是一种轻质、高度多孔的固体，通过用气体代替凝胶中的液体而形成，从而使所得固体与原始固体的大小相同。它们的结构配置与泡沫聚苯乙烯相似：多孔且重量轻，但坚固且有弹性。

石墨烯是一种由元素碳形成的纳米材料，由排列在重复六边形晶格中的单片碳原子组成。

为了创造石墨烯基墨水的正确一致性，研究人员着眼于自然。他们在其中添加了两种仿生聚合物——聚多巴胺(一种合成材料，通常称为 PDA，类似于贻贝的粘性分泌物)和牛血清白蛋白(一种源自奶牛的蛋白质)。

在测试中，重新配置的气凝胶去除了困扰全国饮用水系统的某些重金属，如铅和铬。它还去除了有机染料，如阳离子亚甲蓝和阴离子伊文思蓝，以及有机溶剂，如己烷、庚烷和甲苯。

为了证明气凝胶的再利用潜力，研究人员将有机溶剂通过它运行了 10 次。每一次，它都去除了 100% 的溶剂。研究人员还报告说，第三次循环后，气凝胶捕获亚甲蓝的能力下降了 2-20%。

Aich 说，气凝胶也可以按比例放大，因为与纳米片不同，气凝胶可以打印更大的尺寸。他说，这消除了大规模生产中固有的先前问题，并使该过程可用于大型设施，例如废水处理厂。他补充说，气凝胶可以从水中取出并在其他地方重复使用，而且它们不会在水中留下任何残留物。

Aich 是 UB 与匹兹堡大学合作的一部分，由 UB 化学教授 Diana Aga 博士领导，旨在寻找方法和工具来降解全氟和多氟烷基物质 (PFAS)，这是一种难以分解的有毒物质他们被称为“永远的化学品”。Aich 指出了他在 3D 气凝胶方面的工作的相似之处，他希望这两个项目的结果可以结合起来，创造出更有效的去除水性污染物的方法。

“我们不仅可以使用这些气凝胶来包含石墨烯颗粒，还可以使用可以充当催化剂的纳米金属颗粒，”Aich 说。“未来的目标是将纳米金属颗粒嵌入这些气凝胶的壁和表面，它们不仅能够降解或破坏生物污染物，还能够降解或破坏化学污染物。”

Aich、Chi 和 Masud 持有研究中描述的石墨烯气凝胶的待批专利，他们正在寻找工业合作伙伴来将这一过程商业化。