水污染是造成水危机的主要原因之一，重金属离子作为一种典型的水污染物，具有高度的流动性，对生物体具有致癌作用，因此从水中去除有毒重金属离子是塑造清洁水社会的重要课题。离子交换、吸附、絮凝沉淀和反渗透等技术已被广泛用于解决该问题。其中，吸附作为一种表面处理、低成本且易于应用的方法最受欢迎。目前，基于生物材料的水凝胶/气凝胶被广泛用于吸附水体中的重金属，然而通过常规制造方法制造出的吸附材料具有较低的暴露的吸附位点和离子扩散速率，其吸附效率受到宏观结构的限制。
近期，江南大学张丹教授团队报道了一种基于概念验证的微挤压式同轴3D打印技术，通过该策略打印出具有二级中空结构的三维多孔结构。海藻酸盐作为从海藻中提取的多糖，具有与Ca2+快速交联的特点，与纤维素纳米晶共混，制备剪切变稀水凝胶，赋予其可打印性。通过调节微挤出针头的直径、施加在水凝胶和氯化钙溶液上的气动压力和针头的行进速度，可以同轴3D打印出自定义的分级多孔结构和高达毫米的功能性宏观结构，对其进行冻干处理得到气凝胶。通过实验发现其具有更高的比表面积，吸附金属离子的速度明显高于固体块。固有的微孔/介孔、通过同轴3D打印产生的有序大孔（即中空丝和堆叠网格）以及通过冷冻干燥过程获得的无序中孔和大孔协同作用，可以暴露更多的吸附位点，促进离子的传输，从而实现高吸附效率。因此，所设计的中空多孔网格状结构是必要和实用的，在解决重金属去除问题方面具有重要的前景应用。
微挤压式同轴3D打印技术应用于制备三维多孔重金属吸附剂
相关研究成果以“3D coaxial printing of porous construct stacked with hollow filaments for heavy metal removal”为题发表在《Science of The Total Environment》上，该文章的第一作者为江南大学纺织科学与工程学院助理研究员吴赟，通讯作者为江南大学张丹教授。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.164120
