米兰官网-小纤维撬动大环保—新闻—科学网

每一年，全世界海鲜加工财产会孕育发生约6万吨鱿鱼骨烧毁物，它们或者被填埋、或者被抛弃，既污染情况又华侈资源。与此同时，传统水净化膜技能正面对“两难困境”——要末通量低、过滤慢，要末扣留率不足，难以应答纳米塑料、超细染料份子等新兴污染物，且制备成本高、碳萍踪年夜。

如今，这两浩劫题被青岛科技年夜学高份子科学与工程学院传授张建明团队一举破解。日前，这一科学家团队让海鲜垃圾变身新型环保质料，他们将餐桌上常见的鱿鱼骨"变废为宝"，提掏出直径为1.2纳米的超细β-甲壳素自然纤维，将这类超等质料制成滤膜，其冲破性结果发表于国际顶级期刊《进步前辈质料》。

《进步前辈质料》审稿专家评价：“这项结果不仅刷新了水净化膜的机能极限，更为全世界可连续水处置惩罚技能构建全新尺度，进而为全世界水污染管理难题，提供了成本可控、易在普和的绿色解决方案。”

鱿鱼骨制成的滤膜

破局：从废物富矿到清水新材

“当咱们将视野聚焦在鱿鱼骨这一海鲜加工烧毁物时，咱们萌发的最初的设法——可否让‘无用的垃圾’酿成‘有效的宝物’，成为解决水污染难题的要害质料？”于接管《中国科学报》采访时，张建明道出了团队研究的初心。他提到的“宝藏”，恰是天然界中储量富厚却持久被轻忽的“资源富矿”——甲壳素。

作为天然界第二年夜富厚的高份子聚合物，甲壳素广泛存于在虾蟹壳、鱿鱼骨等海洋生物烧毁物中，全世界年产量约10亿吨，但其使用率不足10%，年夜量烧毁物经由过程填埋或者抛弃，不仅造成资源华侈，更成为情况污染的主要源头。

研究的初次要害起色呈现于团队对于鱿鱼骨布局的深切研究中。团队焦点成员、青岛科技年夜学博士黄莎莎于阐发鱿鱼骨份子布局时发明，其含有的β-甲壳素具备怪异的平行链份子摆列，这类布局使患上经由过程氧化剥离工艺，极易提取高质量纳米纤维。

这项发明让团队面前一亮，随即最先睁开测试。

当第一次看到原子力显微镜的测试成果时，黄莎莎冲动不已经，难掩震撼：“从鱿鱼骨中高效提掏出的甲壳素纳米自然纤维，它的直径居然细至1.2纳米，相称在咱们人类头发丝的六万分之一！”

“这类邃密度恍如是天然界亲手设计打造出‘周详工程’，远超咱们的预期方针。”这一发明让团队意想到，鱿鱼骨不仅是烧毁物，更是一座未被开发的“资源富矿”。张建明感触：“咱们不克不及再局限在提取纤维，必需找到它的焦点运用价值。”

彼时，全世界水净化膜技能正堕入“两难”：传统膜质料要末通量低、过滤慢，难以满意高效处置惩罚需求；要末扣留率不足，对于纳米塑料、超细染料份子等新兴污染物一筹莫展。与此同时，国际市场依靠的丝素、合成质料等存于成本高、可连续性差等问题，而海内水资源欠缺与污染管理的两重压力，更让生物基低成本高机能膜质料的研发成为火急需求。

张建明于办公室

攻坚：刷新清水膜机能极限

团队的进一步科研冲破，始在对于β-甲壳素份子布局的深度挖掘。

团队研究发明，鱿鱼骨中的β- 甲壳素不仅储量富厚，其怪异的份子链布局可经由过程过硫酸铵（APS）氧化剥离工艺，激活负电荷收集，使制备的水净化膜孔隙率晋升至 74.8%，为水份子搭建起 “超高速过滤通道”，从道理上解决了传统膜 “通量与扣留率难以均衡” 的技能症结。

然而，这一科研旅程并不是一路顺风。

于初期的真空过滤试验中，团队仅仅固定了甲壳素纳米纤维浓度与过滤时间，轻忽了膜厚度对于机能的梯度影响，这使患上制备的滤膜要末因厚度不足致使纤维摆列疏松，扣留率不达标；要末因厚渡过厚压缩孔隙，致使通量骤降，机能始终没法冲破。

“那段时间，咱们全体扎根试验室，重复优化参数，但数据始终没有转机。”黄莎莎谈起那段煎熬的期间，仍能感触感染到其时各人的落漠。

黄莎莎于试验中

2024 年，青岛科技年夜学青年西席李柏霄博士的插手为团队带来新的冲破思绪。他经由过程梳理海量试验记载与扫描电子显微镜（SEM）图象，于组会上提出要害问题：“膜厚度并不是简朴的‘薄厚’选择，而是调控孔隙漫衍与流体动力学特征的焦点变量。”

这一不雅点点醒了团队，随即设计了“厚度梯度试验”。

试验成果使人振奋——这类厚度仅为0.124微米的滤膜，于1个尺度年夜气压下，每一平方米面积每一小时能过滤出46207升纯清水，同时能100%阻挡直径小至100纳米的塑料微粒。而厚度为1.8微米的滤膜，对于尺寸仅1.5纳米、约为新冠病毒尺寸的 1/50的罗丹明B染料份子扣留率仍连结 99.2%。

更值患上存眷的是，经国际认证的全生命周期评估（LCA）与技能经济阐发（TEA）两重验证：该滤膜揭示出惊人的"低成本-高环保"特征——仅需约1/3枚一元硬币重量的6克鱿鱼骨便可制备出14000张仅为银行卡面积1/3的17平方厘米的滤膜。每一张滤膜出产全程仅排放619毫克二氧化碳，相称在手机充电1秒钟的碳排放量。研究证明，这项技能不仅于过滤机能上碾压现有商用产物，更于年夜范围财产化运用中实现了"零成来源根基料+负碳排出产"的经济可行性与情况友爱性冲破。

李柏霄于试验室

赋能：提供革命性绿色解决方案

“这项研究的焦点冲破，于在构建了‘生物废料驱动膜技能’的立异系统。”张建明指出，“传统膜质料重要依靠石油基聚合物，出产历程能耗高且碳排放量年夜。而咱们以海鲜加工烧毁物为原料，经由过程生物资转化技能，同步实现了烧毁物质源化使用与水污染管理的两重方针。”

该技能的情况效益显著。张建明进一步阐释说，以鱿鱼骨为例，我国海鲜加工财产每一年孕育发生年夜量副产品，此中鱿鱼骨占必然比例。团队开发的定向脱钙-纳米纤化工艺，可有用处置惩罚这种烧毁物，为水污染管理提供了高效手腕。

于社会效益层面，该技能为水资源欠缺地域提供了经济可行的解决方案。滤膜成本较传统商用聚砜膜年夜幅降低，操作压力需求更低，尤其合适漫衍式清水场景。以部门缺水地域社区为例，采用该技能的小型清水装配年运维成本显著低在反渗入技能，能有用减缓本地饮水难题。

经济价值方面，原料成本占出产总投入的比例极低。可经由过程与企业成立的收受接管收集，形成系列供给链模式，年夜幅晋升了鱿鱼骨等烧毁物的附加值，三木SEO-降低工业与平易近用水处置惩罚成本。

今朝，团队正全力推进的事情就是技能财产化。

“下一步，咱们规划优化提取工艺及膜组装技能，先把这类滤膜集成到打针器式过滤器中，满意家庭、试验室等小型清水需求。”黄莎莎先容，久远来看，技能还有可拓展至海水淡化、工业废水收受接管等范畴，为我国“海水淡化范围化运用”“工业废水轮回使用”等国度战略提供技能支撑。

“这项结果的暗地里，是咱们15年深耕生物基高份子范畴的堆集。”张建明暗示，团队持久聚焦纳米纤维素制备、生物资纳米质料、生物降解高份子运用等标的目的，今朝，已经与山东星宇手套、吉林石化、圣泉集团、华昌化工等行业领军企业开展深度产学研互助，于高机能乳胶成品开发、合成橡胶运用推广、生物资纳米填料研发等范畴鞭策科技结果转化，助力企业绿色低碳转型，慎密对于接国度“双碳”方针与高质量成长需求。

从餐桌上的鱿鱼骨到守护生命之源的清水膜，这项研究经由过程质料立异与工程化实践，形成为了“基础研究-技能冲破-财产运用”的全链条立异。正如张建明所言：“咱们不仅于试验室里变废为宝，更要于财产界让绿色技能落地生根。”今朝团队正踊跃摸索技能推广路径，为水资源管理孝敬更多气力。

团队合影受访者供图

论文相干信息：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202508514