搖身一變，小龍蝦殼從“餐廚垃圾”成為微塑料捕集“小能手”！

作者：史湘綺 李傳福

微塑料污染已成為全球性的環(huán)境問題，其直徑小于5毫米，廣泛存在于海洋、淡水、飲用水和空氣中，對(duì)人類健康和自然環(huán)境構(gòu)成潛在威脅。近日，武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院鄧紅兵教授團(tuán)隊(duì)利用廢棄小龍蝦殼作為原材料，開發(fā)出了一種新型全生物質(zhì)纖維海綿材料，這種材料在去除水中微塑料方面顯示出了極高的效率。

小龍蝦產(chǎn)業(yè)是湖北省鄉(xiāng)村振興的示范性產(chǎn)業(yè)。小龍蝦產(chǎn)業(yè)繁榮的同時(shí)，武漢市每年產(chǎn)生近十萬噸蝦殼剩余，曾造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。鄧紅兵教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過將廢棄小龍蝦殼經(jīng)過酸堿處理，可以獲得甲殼素纖維骨架材料，這種材料能夠有效捕獲微塑料，且不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生二次污染。

進(jìn)一步的研究中，團(tuán)隊(duì)利用“氫鍵誘導(dǎo)重排”和“多級(jí)結(jié)構(gòu)暴露”雙策略，將蝦殼素和魷魚骨、烏賊骨的甲殼素（α-和β-甲殼素）的兩種原生氫鍵網(wǎng)絡(luò)打斷重排，形成一種多級(jí)纖維框架海綿材料。這種材料對(duì)100nm聚苯乙烯微球的吸附容量高達(dá)411.14mg/g，是已報(bào)道的其他甲殼素/殼聚糖類吸附材料的3-48倍。

圖為蝦殼處理前后的對(duì)比

在制備過程中，研究團(tuán)隊(duì)采用自上而下的“多級(jí)結(jié)構(gòu)暴露”策略，通過兩步簡(jiǎn)單酸堿處理，將廢棄小龍蝦殼制備成天然纖維束骨架和捕獲位點(diǎn)雙重暴露的三維多孔小龍蝦殼。這種結(jié)構(gòu)的小龍蝦殼可以用網(wǎng)兜裝起來投入水體中，有效吸附水中的微塑料。此外，這種材料不是一次性的，團(tuán)隊(duì)還研究出方法，對(duì)使用后的小龍蝦殼中的微塑料進(jìn)行“沖洗”，實(shí)現(xiàn)了小龍蝦殼的可持續(xù)應(yīng)用，真正做到“以廢治廢”的綠色循環(huán)。

此外，團(tuán)隊(duì)提出了基于高生物安全性的生物質(zhì)多級(jí)纖維捕集材料“作用力動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換”新方式，利用魷魚骨/烏賊骨來源的甲殼素納米纖維網(wǎng)絡(luò)和棉花來源的纖維素微纖維氫鍵自組裝，構(gòu)建了吸附位點(diǎn)激活且可適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境因素的全生物質(zhì)多級(jí)纖維框架。這種材料表現(xiàn)出對(duì)聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯均表現(xiàn)出良好的吸附能力。

圖為被制備成各種大小和形狀的全生物質(zhì)纖維海綿。（研究團(tuán)隊(duì)供圖）

該材料的制備方式簡(jiǎn)單、無需使用任何交聯(lián)劑、可完全被降解，因此也是非常環(huán)保的材料。在實(shí)際應(yīng)用中，這種新型全生物質(zhì)纖維海綿可以通過物理攔截、靜電吸引和多種分子間相互作用等方式去除微塑料，且在無機(jī)顆粒、重金屬、有機(jī)污染物和微生物等環(huán)境因素影響下，仍可保持穩(wěn)定的吸附性。

未來，這種材料可廣泛應(yīng)用于凈水器濾芯、大規(guī)模自來水純凈裝置、污水處理廠等場(chǎng)景，為微塑料污染治理提供了一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的解決方案。