资料来自人民日报、武汉大学、Ad植物微生物等公众号
小龙虾能“治”微塑料？今年5月至11月，国际权威期刊《科学进展》（Science Advances）、《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）和《美国化学会纳米》（ACS Nano）连续刊发了武汉大学资源与环境科学学院邓红兵教授团队在全生物质纤维框架材料去除水中微塑料污染方面取得的系列进展。
“一只小龙虾能吃的肉只占两成，大部分壳以往都浪费了。”邓红兵介绍，将虾壳用机器破碎后，先后使用酸碱去除钙质与蛋白质，冲洗至pH中性，便得到了甲壳素。这种粉末状天然物质，被证明能够有效捕获微塑料，而且不会对水体产生二次污染。小龙虾产业是湖北省乡村振兴的示范性产业，但虾壳常被视为废弃物。过去，武汉市每年产生近十万吨虾壳剩余，曾造成了环境污染问题。
于是，邓红兵带领着武汉大学“生物质资源绿色高效转化与高值化研发科技创新”团队，将目标锁定在虾壳素对微塑料的捕获性能上。
那么怎么使用它治污？邓红兵介绍，团队采用自上而下的“多级结构暴露”策略，将废弃小龙虾壳通过两步简单酸碱处理，制备成天然纤维束骨架和捕获位点双重暴露的三维多孔小龙虾壳，将这种小龙虾壳用网兜装起来投入水体中，就可以吸附水中的微塑料。而且它还不是一次性的。团队研究出方法，对使用后的小龙虾壳中的微塑料进行“冲洗”，实现了小龙虾壳可持续应用。
为了解决上述挑战，邓红兵教授团队提出并实施了几项创新策略。首先，他们采用“多级结构暴露”的方法，将废弃小龙虾壳转化为三维多孔结构，不仅作为天然纤维束骨架，还暴露出大量的捕获位点，显著提升了对水中微小尺寸微塑料的捕捉能力。此外，研究团队还探索了该多孔材料在捕捉纳米塑料后的可持续应用，实现了废弃物的绿色循环再利用。相关成果发表在《美国化学会纳米》（ACS Nano）上，刘方恬博士和博士后吴洋为论文共同第一作者，邓红兵教授和陈朝吉教授为共同通讯作者。
用小龙虾壳简单有效，其他甲壳素会不会效果更好？邓红兵团队接着做了更多实验。他们将虾壳素和鱿鱼骨、乌贼骨的甲壳素（α-和β-甲壳素）的两种原生氢键网络打断重排，构建了吸附位点激活且可适应复杂环境因素的全生物质多级纤维框架。团队结合“氢键诱导重排”和“多级结构暴露”两种策略，通过打断并重新排列不同来源（如虾壳和鱿鱼骨/乌贼骨）的甲壳素中原生氢键网络，制备出一种无需交联剂、完全可降解的多级纤维框架海绵材料。这种材料对100纳米聚苯乙烯微球的吸附量达到了411.14 mg/g，远高于其他同类材料。相关成果发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上，博士后吴洋和动力与机械学院叶成濠博士为论文共同第一作者，邓红兵教授和陈朝吉教授为共同通讯作者。
图1.（A）利用纤维素和甲壳素自组装构建超分子生物质纤维海绵的示意图。(B) 由于材料丰富的活性官能团，生物质纤维海绵可以通过多层次的相互作用（物理拦截、静电吸引和多种分子间相互作用）来去除微塑料。
针对复杂水环境中微塑料的去除，团队提出了“作用力动态转换”的新概念，利用高生物安全性的全生物质多级纤维捕集材料，通过鱿鱼骨/乌贼骨来源的甲壳素纳米纤维网络和棉花来源的纤维素微纤维之间的氢键自组装，构建了一种适应性强、吸附位点激活的多级纤维框架。实验结果显示，该材料对多种类型的微塑料（包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯）均表现出优异的吸附性能。分子动力学模拟进一步证实，这种高效的吸附能力源于材料与不同微塑料之间多种分子间相互作用的动态转换。研究人员探索了一种简单且可持续的策略，该策略基于质子化胺（Ct，来自鱿鱼骨）和悬浮纤维素纤维（Cel，来自棉花）构建剥离的β-甲壳素纳米纤维片超分子框架，从而制造出用于快速去除微塑料的纯生物质纤维泡沫（Ct-Cel）。Ct和Cel的自组装可以由氢键驱动，不需要任何交联剂。 获得的Ct-Cel具有高度多孔的互连结构，粗糙且带正电的表面，以及许多活性位点（-OH，-NH3+和-NHCO-），这确保了多级相互作用以高效去除微塑性。特别研究了聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯（PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的吸附性能，探讨了不同分子间相互作用的影响。为了更好地理解吸附机理，研究人员进行了分子动力学MD模拟和Hirshfeld划分[基于Hirshfeld原子空间划分（IGMH）的独立梯度模型]计算研究。研究人员进一步揭示了Ct-Cel在各种环境条件下的吸附稳定性，包括无机颗粒、重金属、有机污染和微生物。最后，验证了Ct-Cel在实际水体中去除微塑料的高回收效率，证明了这种生物质最大化策略在实际环境中修复微塑料的巨大前景。相关成果发表在《科学进展》（Science Advances）上，博士后吴洋为论文第一作者，邓红兵教授和华中科技大学周雪教授为共同通讯作者。
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