中國科學(xué)家研發(fā)成功全新微納米材料 實(shí)現(xiàn)從廢水中回收有機(jī)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(jī)染料？這一環(huán)保和健康領(lǐng)域頗受學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的“老大難”問題，最近被中國科學(xué)家合作研發(fā)的一款全新微納米材料破解，應(yīng)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(xué)院理化所 　供圖

中國科學(xué)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(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王樹濤研究員團(tuán)隊(duì)與華南理工大學(xué)、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(shí)現(xiàn)從廢水中回收有機(jī)染料。

這項(xiàng)在全分散微球材料及染料回收領(lǐng)域取得重要進(jìn)展的成果論文，近日在國際學(xué)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(xué)院理化所 　供圖

論文通訊作者王樹濤研究員介紹說，有機(jī)染料是一種常用的色彩添加劑，被廣泛應(yīng)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(jī)染料的產(chǎn)量達(dá)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(jī)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(fù)使用，然而染料的回收很少被重視。究其原因，在有機(jī)染料脫附過程中，通常在水溶液中加入含有無機(jī)酸、堿或鹽的洗脫液，使有機(jī)染料的回收過程更加復(fù)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(xué)院理化所 　供圖

近年來，中國科學(xué)院理化所研究團(tuán)隊(duì)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(yīng)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(xué)組成、孔隙、表面納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)微球，實(shí)現(xiàn)了復(fù)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(xì)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(xué)院理化所 　供圖

王樹濤指出，研究團(tuán)隊(duì)在之前基礎(chǔ)上進(jìn)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(jī)溶劑)、低極性溶劑(辛烷等油性有機(jī)溶劑)的鋪展。此外，在親水區(qū)，很容易引入帶電基團(tuán)，這些基團(tuán)能為顆粒間提供靜電排斥作用，從而在不同溶劑中實(shí)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(jī)溶劑中釋放染料的熒光顯微圖像。中國科學(xué)院理化所 　供圖

利用這種獨(dú)特的全分散性，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展出一種從含有機(jī)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(jī)溶劑中實(shí)現(xiàn)染料的脫附，通過過濾得到溶解了染料的有機(jī)溶劑，染料通過蒸餾被回收，同時(shí)微球被循環(huán)利用。

論文通訊作者、中國科學(xué)院理化所王樹濤研究員。中國科學(xué)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(jī)染料的回收提供一類很有前景的材料。在回收有機(jī)染料的過程中，只需加入有機(jī)溶劑，無需加入含有無機(jī)酸、堿或鹽的洗脫液，有機(jī)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(jī)酸、堿和鹽的復(fù)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(fù)雜樣品的分離分析領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。(完)