近日，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。
微塑料，即直径小于5毫米的塑料颗粒，已成为全球关注的重大环境问题。这类污染物中的亚微米至纳米级别的微小颗粒难以通过现有的污水处理技术有效过滤，最终流入自然水体，对生态系统和生物健康构成潜在威胁。因此，开发高效且环保的新型材料以去除微塑料成为当务之急。生物质纤维，如甲壳素和纤维素，由于其丰富的来源和可生物降解性，在环境修复中具有广阔的应用前景。然而，由于微塑料种类多样、分布广泛，以及其与捕集材料之间复杂的构效关系，导致现有材料的捕集效率较低，限制了其应用范围。
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。
其次，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。
最后，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。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。
以上工作得到国家高层次青年人才项目、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、中央高校基本科研业务费资助及学校科研公共服务条件平台的支持。
