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)院鄧紅兵教授團隊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，武漢市每年產(chǎn)生近十萬噸蝦殼剩余，曾造成了嚴重的環(huán)境污染問題。鄧紅兵教授團隊發(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，且不會對水體產(chǎn)生二次污染。

進一步的研究中，團隊利用“氫鍵誘導(dǎo)重排”和“多級結(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，形成一種多級纖維框架海綿材料。這種材料對100nm聚苯乙烯微球的吸附容量高達411.14mg/g，是已報道的其他甲殼素/殼聚糖類吸附材料的3-48倍。

圖為蝦殼處理前后的對比

在制備過程中，研究團隊采用自上而下的“多級結(jié)構(gòu)暴露”策略，通過兩步簡單酸堿處理，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，團隊還研究出方法，對使用后的小龍蝦殼中的微塑料進行“沖洗”，實現(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，團隊提出了基于高生物安全性的生物質(zhì)多級纖維捕集材料“作用力動態(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)建了吸附位點激活且可適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境因素的全生物質(zhì)多級纖維框架。這種材料表現(xiàn)出對聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯和聚對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。（研究團隊供圖）

該材料的制備方式簡單、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，且在無機顆粒、重金屬、有機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、污水處理廠等場景，為微塑料污染治理提供了一種高效、經(jīng)濟、環(huán)保的解決方案。