木质纤维素材料因其优异的生物相容性和结构可设计性，成为去除饮用水中纳米塑料的理想材料。天然木质纤维素具备多层级、多相异质的微观结构，可通过精准调控进一步优化其界面特性，从而显著提升其对纳米塑料的捕获效能。

  广西大学轻工与食品工程学院姜言副教授团队取得重要研究进展，其研究成果揭示了纤维素纳米纤丝组装而成的纳米纸在治理纳米塑料污染方面的应用潜力。该团队通过实验证实，纤维素纳米纸可通过界面吸附与物理截留的协同作用高效捕获水体中的纳米塑料，其中本征半纤维素组分对提升捕获效率具有关键作用（图1、2）。研究团队结合分子动力学模拟与材料表征技术，阐明了半纤维素增强捕获性能的分子机制：1）半纤维素的高分子可及性和极性特性显著增强了纤维素纳米纤丝与纳米塑料间的分子间相互作用（图3）；2）半纤维素的非晶态及亲水特性可调控纤维素纳米纤丝自组装过程，形成具有高比表面积和介孔结构的纳米纸（图4），使其在动态水力条件下保持高通量捕获能力。另外，该研究创新性地实现了污染物资源化利用——富集纳米塑料的纤维素纳米纸可加工成新型纳米复合材料，兼具纤维素纳米纤丝与石油基纳米塑料的双重功能优势（图5）。研究的核心创新点在于：基于木质纤维的本征组分特性，通过多尺度结构精准调控，开发出高性能纳米塑料捕获材料，并为同步解决“纳米塑料二次污染”与“木质纤维资源化利用”难题提供了“一材双效”的创新方案，实现了环境治理与资源循环的协同增效。该工作以“Leveraging Intrinsic Hemicellulose in Cellulose Nanopaper for Enhanced Nanoplastic Collection”为题发表在《ACS Nano》上（DOI: 10.1021/acsnano.5c05738）。文章第一作者是广西大学硕士生肖璐。该研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金特别资助项目等的支持。

图1 本征半纤维素通过调控纤维素纳米纤丝的解离、自组装行为及界面化学特性，强化纳米纸的纳米塑料捕获行为

图2 本征半纤维素增强纤维素纳米纸的纳米塑料捕获能力和效率

图3 分子动力学模拟揭示半纤维素增强纳米塑料吸附的分子机制

图4 本征半纤维素诱导形成高介孔结构的纤维素纳米纸

图5 通过热压工艺将富集纳米塑料的纤维素纳米纸加工成高性能复合材料

  该工作是团队在本征半纤维素调控纤维素纳米纤丝解离与重组理论领域取得的最新进展。当前纤维素纳米纤丝的可控制备及功能化研究多集中于纤维素本身的结构特性，而对木质素、半纤维素等非纤维素组分的协同作用机制缺乏系统性认知。针对这一研究空白，团队开展了系统性研究。近两年来，利用离子液体-水共溶剂强化本征半纤维素的促微纤化效用，在温和条件下从植物纤维中解离出高长径比纤维素纳米纤丝（L/D：2213）（Green Chem., 2024, 26: 879）；通过多尺度表征揭示了本征半纤维素对纤维素纳米纸摩擦电极性的增强机制（Chem. Eng. J., 2025, 517: 164369）；利用极性共溶剂的强溶剂化效应选择性重构纤维素微纤丝界面键合网络，在温和条件下实现了植物细胞壁的原位微纤化，创制出高强、高弹性、湿敏性的木质纤维纳米气凝胶（Adv. Funct. Mater., 2025, 35: 2419155）。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c05738