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| 我國科學家利用“微球”實現廢水中回收有機染料 |
| （時間:2023/9/22 11:22:12） |
記者從中國科學院獲悉，近日，中國科學院理化技術研究所仿生材料與界面科學重點實驗室的研究人員提出了一種全新的表面異質納米結構化顆粒全分散策略，制備了全分散的親水-疏水異質微球，這些微球在一系列溶劑(水、乙醇、辛烷等)中展示出全分散的優異性能，并實現了從廢水中回收有機染料。研究成果發表在《自然·通訊》志上。
據了解，有機染料是一種常用的色彩添加劑，被廣泛應用于工業、科研和日常生活的方方面面。染料讓我們的服飾、食品、日用品絢麗多彩;染料在顯微鏡下發光實現成像，幫助我們揭示微觀世界的奧秘。有數據表明，全球有機染料的產量達到70萬噸/年，其中近10-15%被排放到工業和家庭廢水中，已成為水污染的重要源頭，對生態環境和公眾健康構成威脅。
現有染料廢水的處理方法，如混凝-絮凝法、生物降解法，可以去除廢水中大部分有機染料，然而這些方法依然面臨染料去除不徹底、適用染料種類有限、產生的淤泥容易造成二次污染等問題。近年來，隨著納米技術、材料科技的迅猛發展，涌現出一些新興的材料與染料廢水處理技術，包括催化氧化、納濾和多孔顆粒吸附。催化劑、膜和吸附材料在完成染料廢水處理后可重復使用，然而染料的回收很少被重視。究其原因，在有機染料脫附過程中，通常在水溶液中加入含有無機酸、堿或鹽的洗脫液，使有機染料的回收過程更加復雜。
近年來，王樹濤研究員團隊提出了乳液界面聚合合成異質結構微球的新方法，并在其高效分離應用上取得了一系列創新性成果。發展了多種乳液界面聚合合成方法，制備了一系列具有不同尺寸、化學組成、孔隙、表面納米結構的異質微球，實現了復雜生物流體中痕量糖肽的分離、相近尺寸蛋白的分離、病毒核酸分離、癌癥病人外周血中痕量循環腫瘤細胞的分離、水中痕量微油滴的分離等，構筑了色譜柱、微分離柱、微流控、紙色譜等分離器件。基于這些研究成果，受邀撰寫了綜述文章。
親水-疏水異質微球表面具有交替的親水、疏水成分，這種結構既有利于高極性溶劑(水)的鋪展，又有利于中等極性溶劑(乙醇等有機溶劑)、低極性溶劑(辛烷等油性有機溶劑)的鋪展。此外，在親水區，很容易引入帶電基團，這些基團能為顆粒間提供靜電排斥作用，從而在不同溶劑中實現良好的分散。利用這種獨特的全分散性，該團隊發展了一種從含有機染料的廢水中分離回收染料的策略。染料在水中被吸附到微球上，通過過濾得到凈化的水與吸附了染料的微球，再將這些微球分散到有機溶劑中實現染料的脫附，通過過濾得到溶解了染料的有機溶劑，染料通過蒸餾被回收，同時微球被循環利用。
親水-疏水異質微球為有機染料的回收提供了一類很有前景的材料。回收有機染料的過程中，只需加入有機溶劑，無需加入含有無機酸、堿或鹽的洗脫液。有機溶劑很容易通過簡單的蒸餾從染料中去除，避免了去除無機酸、堿和鹽的復雜步驟。這類材料在環境污染物處理、資源回收利用、海洋資源富集提取、生物分子檢測等復雜樣品的分離分析領域具有廣泛的應用前景。
論文通訊作者、中國科學院理化技術研究所研究員王樹濤說，這么多年來團隊一直嘗試利用界面化學設計來解決分離技術中“根材料”創制的難題，終于在分離微球材料上取得了突破。
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