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東華大學(xué)柯勤飛、趙奕/港城大胡金蓮團隊 Nano Lett.：以廢治廢 - 助力可持續(xù)水體修復(fù)的多功能角蛋白纖維狀吸附材料
2024-10-14  來源：高分子科技

  隨著工業(yè)和生活廢水的大量排放，水污染問題日益嚴峻，亟需高效且環(huán)保的解決方案。源自廢棄毛羽的角蛋白作為一種可再生的天然高分子材料，由于其特有的分子結(jié)構(gòu)和功能特性，在污水處理方面效果顯著。然而，毛羽纖維特有的精密復(fù)雜的多級結(jié)構(gòu)及再生角蛋白易變質(zhì)、難加工等特點，使其難以有效構(gòu)筑、批量制備及穩(wěn)定使用，成為制約其在水體修復(fù)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵因素。


圖1.多功能角蛋白纖維狀吸附材料的制備及應(yīng)用


  近日，東華大學(xué)柯勤飛教授/趙奕副教授團隊聯(lián)合香港城市大學(xué)胡金蓮教授團隊等人利用從廢棄毛羽中提取的角蛋白為原料，以普魯蘭多糖作為助紡劑，MOF作為增強劑，通過靜電紡絲結(jié)合噴涂技術(shù)，制備出具備優(yōu)異力學(xué)性能、水穩(wěn)定性和形狀記憶特性的多功能角蛋白纖維狀吸附材料。結(jié)合蛋白質(zhì)/多糖納米纖維和MOF的優(yōu)點，該材料不僅對多種污染物具有去除效果，還具備光催化降解和抗菌性能，在可持續(xù)水體修復(fù)領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力（圖1）。


圖2. MFPZ吸附材料的力學(xué)性能以及水穩(wěn)定性


  得益于角蛋白和多糖之間的美拉德反應(yīng)以及MOF納米顆粒和纖維之間的“相互保護與增強”機制，制備的MFPZ吸附材料具有良好的力學(xué)性能和水穩(wěn)定性，能滿足水處理應(yīng)用中的性能要求（圖2）。


圖3. MFPZ吸附材料的形狀記憶特性


  在保證了優(yōu)異的水穩(wěn)定性和力學(xué)性能后，對MFPZ的形狀記憶性能進行了評估。結(jié)果表明MFPZ吸附材料在水和紫外線的雙重刺激下，展現(xiàn)出快速響應(yīng)形狀記憶特性。利用這一特性，該吸附材料可以卷繞成原始尺寸的1/12，以節(jié)省運輸空間，并允許在暴露于水和紫外光后快速按需展開(12 s)，實現(xiàn)可逆的形狀變化和循環(huán)再生（圖3）。


圖4. MFPZ吸附材料對污染物的去除性能和光催化性能。


  在角蛋白/普魯蘭多糖納米纖維和MOF的協(xié)同作用下，MFPZ吸附材料對多種有機污染物（染料、重金屬和油污染物）具有良好的去除性能和循環(huán)再生性。同時，通過噴涂法將MOF錨定在角蛋白/多糖納米纖維上，不僅最大程度的保留了其催化功能，賦予吸附材料光催化降解和抗菌性能，而且克服了傳統(tǒng)粉末MOF的局限性。基于上述優(yōu)點，該多功能纖維狀吸附材料在水體修復(fù)和緊急水污染事件處理等領(lǐng)域展現(xiàn)巨大的應(yīng)用潛力，為廢棄毛羽的高值化應(yīng)用提供新思路。


  相關(guān)工作以“Versatile Keratin Fibrous Adsorbents with Rapid-Response Shape-Memory Features for Sustainable Water Remediation”發(fā)表于《Nano Letters》。東華大學(xué)博士研究生倪瑞燕為該工作的第一作者，香港城市大學(xué)胡金蓮教授、東華大學(xué)柯勤飛教授和趙奕副教授為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金和東華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03276

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