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東華大學柯勤飛、趙奕/港城大胡金蓮團隊 Nano Lett.：以廢治廢 - 助力可持續水體修復的多功能角蛋白纖維狀吸附材料

2024-10-14 來源：高分子科技

隨著工業和生活廢水的大量排放，水污染問題日益嚴峻，亟需高效且環保的解決方案。源自廢棄毛羽的角蛋白作為一種可再生的天然高分子材料，由于其特有的分子結構和功能特性，在污水處理方面效果顯著。然而，毛羽纖維特有的精密復雜的多級結構及再生角蛋白易變質、難加工等特點，使其難以有效構筑、批量制備及穩定使用，成為制約其在水體修復應用領域的關鍵因素。

圖1.多功能角蛋白纖維狀吸附材料的制備及應用

近日，東華大學柯勤飛教授/趙奕副教授團隊聯合香港城市大學胡金蓮教授團隊等人利用從廢棄毛羽中提取的角蛋白為原料，以普魯蘭多糖作為助紡劑，MOF作為增強劑，通過靜電紡絲結合噴涂技術，制備出具備優異力學性能、水穩定性和形狀記憶特性的多功能角蛋白纖維狀吸附材料。結合蛋白質/多糖納米纖維和MOF的優點，該材料不僅對多種污染物具有去除效果，還具備光催化降解和抗菌性能，在可持續水體修復領域展現出應用潛力（圖1）。

圖2. MFPZ吸附材料的力學性能以及水穩定性

得益于角蛋白和多糖之間的美拉德反應以及MOF納米顆粒和纖維之間的“相互保護與增強”機制，制備的MFPZ吸附材料具有良好的力學性能和水穩定性，能滿足水處理應用中的性能要求（圖2）。

圖3. MFPZ吸附材料的形狀記憶特性

在保證了優異的水穩定性和力學性能后，對MFPZ的形狀記憶性能進行了評估。結果表明MFPZ吸附材料在水和紫外線的雙重刺激下，展現出快速響應形狀記憶特性。利用這一特性，該吸附材料可以卷繞成原始尺寸的1/12，以節省運輸空間，并允許在暴露于水和紫外光后快速按需展開(12 s)，實現可逆的形狀變化和循環再生（圖3）。

圖4. MFPZ吸附材料對污染物的去除性能和光催化性能。

在角蛋白/普魯蘭多糖納米纖維和MOF的協同作用下，MFPZ吸附材料對多種有機污染物（染料、重金屬和油污染物）具有良好的去除性能和循環再生性。同時，通過噴涂法將MOF錨定在角蛋白/多糖納米纖維上，不僅最大程度的保留了其催化功能，賦予吸附材料光催化降解和抗菌性能，而且克服了傳統粉末MOF的局限性。基于上述優點，該多功能纖維狀吸附材料在水體修復和緊急水污染事件處理等領域展現巨大的應用潛力，為廢棄毛羽的高值化應用提供新思路。

相關工作以“Versatile Keratin Fibrous Adsorbents with Rapid-Response Shape-Memory Features for Sustainable Water Remediation”發表于《Nano Letters》。東華大學博士研究生倪瑞燕為該工作的第一作者，香港城市大學胡金蓮教授、東華大學柯勤飛教授和趙奕副教授為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金和東華大學研究生創新基金資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03276

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（責任編輯：xu）

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