中國科學家研發(fā)成功全新微納米材料 實現(xiàn)從廢水中回收有機染料

中新網(wǎng)北京9月21日電 (記者 孫自法)如何高效、便捷地從廢水中回收有機染料？這一環(huán)保和健康領域頗受學術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的“老大難”問題，最近被中國科學家合作研發(fā)的一款全新微納米材料破解，應用潛力巨大、前景廣闊。

親水-疏水異質(zhì)微球的表征。中國科學院理化所 　供圖

中國科學院理化技術(shù)研究所(理化所)21日向媒體發(fā)布消息說，該所仿生材料與界面科學重點實驗室王樹濤研究員團隊與華南理工大學、中國科學院大連化學物理研究所、中國科學技術(shù)大學蘇州高等研究院等科研同行合作，研究提出一種全新的表面異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)化顆粒全分散策略，成功制備出全分散的親水-疏水異質(zhì)微球，這些可循環(huán)利用的微球在一系列溶劑(水、乙醇、辛烷等)中展示出全分散的優(yōu)異性能，實現(xiàn)從廢水中回收有機染料。

這項在全分散微球材料及染料回收領域取得重要進展的成果論文，近日在國際學術(shù)期刊《自然-通訊》發(fā)表。

親水-疏水異質(zhì)微球、親水微球、疏水微球的分散性能對比。中國科學院理化所 　供圖

論文通訊作者王樹濤研究員介紹說，有機染料是一種常用的色彩添加劑，被廣泛應用于工業(yè)、科研和日常生活的方方面面。有數(shù)據(jù)表明，全球有機染料的產(chǎn)量達到70萬噸/年，其中近10-15%被排放到工業(yè)和家庭廢水中，已成為水污染的重要源頭，對生態(tài)環(huán)境和公眾健康構(gòu)成威脅。

現(xiàn)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(chǎn)生的淤泥容易造成二次污染等問題。近年來，隨著納米技術(shù)、材料科技的迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出一些新興的材料與染料廢水處理技術(shù)，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。

親水-疏水異質(zhì)微球?qū)崿F(xiàn)廢水中染料回收。中國科學院理化所 　供圖

近年來，中國科學院理化所研究團隊提出乳液界面聚合合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)微球的新方法，并在其高效分離應用上取得一系列創(chuàng)新性成果，發(fā)展出多種乳液界面聚合合成方法，制備出一系列具有不同尺寸、化學組成、孔隙、表面納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)微球，實現(xiàn)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(huán)腫瘤細胞的分離、水中痕量微油滴的分離等。

全分散的親水-疏水異質(zhì)微球。中國科學院理化所 　供圖

王樹濤指出，研究團隊在之前基礎上進一步研究發(fā)現(xiàn)，親水-疏水異質(zhì)微球表面具有交替的親水、疏水成分，這種結(jié)構(gòu)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(qū)，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(xiàn)良好的分散。

左圖：微球從廢水中捕獲染料的熒光顯微圖像；右圖：微球在有機溶劑中釋放染料的熒光顯微圖像。中國科學院理化所 　供圖

利用這種獨特的全分散性，該團隊發(fā)展出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(xiàn)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(huán)利用。

論文通訊作者、中國科學院理化所王樹濤研究員。中國科學院理化所 　供圖

王樹濤表示，本次研發(fā)制備的親水-疏水異質(zhì)微球，為有機染料的回收提供一類很有前景的材料。在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。因此，該微納米新材料在環(huán)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。(完)