挥发性有机化合物（VOCs）的排放是造成空气污染的主要原因之一。大量多孔材料例如碳材料、介孔材料、MOFs、COFs、分子筛等被用于VOCs的选择性吸附脱除。其中，高硅/纯硅分子筛材料因具有良好的热稳定、水热稳定性以及疏水/亲有机化合物的本质被广泛用于VOCs的捕获。然而，该种分子筛的合成通常需要使用大量昂贵的有机模板剂或高污染的氟化物，或者需要经过复杂的后处理过程。与之相比，具有较低硅铝比的分子筛合成时不需要使用有机模板剂，但由于骨架中铝的存在使其对水分子具有较强的亲和力，大大抑制了其从实际含水蒸气环境中脱除VOCs。

    在亲水分子筛表面修饰一层疏水壳层可有效阻挡水蒸气进入亲水内核，同时保证构筑的复合材料具有较高的VOCs吸附性能。现有核壳分子筛的构筑绝大多数是基于分子筛粉体进行的，其通常与液相中新生成的壳层材料共混，很难有效分离开来；同时这种粉末材料需要进一步加工成宏观二级结构，以满足工业应用的需求。

    2019年9月，王双博士作为第一作者在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表题为“Three-Dimensional-Printed Core−Shell Structured MFI-Type Zeolite Monoliths for Volatile Organic Compound Capture under Humid Conditions”的研究成果。该研究选取在VOCs吸附方面具有广泛应用前景的MFI型分子筛作为研究对象，采用3D打印技术将初始的价格低廉的亲水型ZSM-5分子筛打印为具有蜂窝结构的块体分子筛，再经由适当的水热晶化处理使单个ZSM-5晶体外表面均包覆一层致密、连续的疏水纳米Slicalite-1分子筛外壳，以提高3D打印分子筛整体结构的疏水性，保证其从环境中直接捕获VOCs时免受水蒸气影响。在打印过程中，引入了海泡石纳米纤维作为打印墨水添加剂以增强分子筛块体的机械稳定性，进而可承受后续的水热晶化处理；适量硅溶胶的引入则促进了均匀且致密的Silicalite-1分子筛壳层形成（壳层厚度约为200 nm）。模拟实际应用过程的柱穿透试验结果表明，该方法构筑的核壳结构分子筛块体展现出优良的动态吸附性能，在298 K潮湿条件下（RH=50%）甲苯饱和吸附容量为44.3 mg/g。该工作为核壳结构分子筛的设计提供了新的思路，其在催化/分离等方面的创新应用也将进一步得以开拓。

ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, DOI: 10.1021/acsami.9b13819

第一作者：王双（导师：于吉红院士）