我院鄧紅兵/趙澤團(tuán)隊(duì)在《PNAS》發(fā)表高性能防水生物質(zhì)材料研究成果,為“以廢治塑”提供新方案
文章來(lái)源:新能源網(wǎng) 更新時(shí)間:2025-11-11 16:31:48
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近日,國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)在線發(fā)表了武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院鄧紅兵教授、趙澤副教授團(tuán)隊(duì)在可持續(xù)生物質(zhì)材料領(lǐng)域的最新研究成果。團(tuán)隊(duì)利用廢棄生物質(zhì)資源,開(kāi)發(fā)出一種兼具高強(qiáng)度與防水性的可降解生物復(fù)合材料,其性能可與傳統(tǒng)石油基塑料相媲美,為“以廢治塑”的綠色發(fā)展理念提供了全新的技術(shù)路徑。這是該團(tuán)隊(duì)繼在 Science Advances 發(fā)表相關(guān)成果后,在可降解塑料領(lǐng)域取得的又一重要突破。
隨著石油基塑料的廣泛使用,全球正面臨資源消耗與環(huán)境污染的雙重危機(jī),開(kāi)發(fā)可持續(xù)替代材料迫在眉睫。作為地球上儲(chǔ)量最豐富的天然高分子,纖維素因其可再生、可降解特性,被視為理想的可持續(xù)替代材料。然而,其固有的強(qiáng)親水性與力學(xué)強(qiáng)度不足,限制了在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。現(xiàn)有改性方法雖可改善性能,但往往伴隨高能耗和二次污染,形成“性能提升與綠色制備難以兼得”的技術(shù)瓶頸。因此,開(kāi)發(fā)一種能夠同步增強(qiáng)纖維素材料耐水性與機(jī)械強(qiáng)度,且制備過(guò)程簡(jiǎn)單、環(huán)境友好的技術(shù)策略,是實(shí)現(xiàn)石油基塑料替代所必須解決的核心挑戰(zhàn)。
針對(duì)這一挑戰(zhàn),團(tuán)隊(duì)提出了一種基于多尺度自發(fā)組裝與重組的生物質(zhì)協(xié)同構(gòu)筑策略。研究巧妙結(jié)合三種天然生物質(zhì)組分的理化結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性:纖維素纖維提供結(jié)構(gòu)骨架、花粉微凝膠顆粒作為自適應(yīng)界面填充劑、殼聚糖發(fā)揮分子粘合與密封作用。三者協(xié)同作用形成分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了力學(xué)強(qiáng)度與耐水性能的同步提升。該材料不僅具備高強(qiáng)度與防水性,且完全可生物降解,制備過(guò)程無(wú)需高能耗或化學(xué)改性,充分體現(xiàn)綠色可持續(xù)理念。得益于殼聚糖的粘合特性,材料表面可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫防水密封,在食品包裝、可降解吸管、防水貼片等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。研究成果為廢棄生物質(zhì)高值化利用提供了新思路,也為塑料污染治理與循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)了創(chuàng)新方案。
相關(guān)研究成果近日以“Hierarchical assembly of biomass fiber–lamella–macromolecule networks for biocomposites with high strength and water-resistant sealing”為題發(fā)表于《PNAS》。武漢大學(xué)2022級(jí)博士研究生邱奕瑾為本文的第一作者,武漢大學(xué)鄧紅兵教授和趙澤副教授為本文共同通訊作者。研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)及武漢大學(xué)科研公共服務(wù)平臺(tái)的大力支持。
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2521173122
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