东华大学柯勤飞、赵奕/港城大胡金莲团队 Nano Lett.：以废治废 - 助力可持续水体修复的多功能角蛋白纤维状吸附材料

2024-10-14 来源：高分子科技

随着工业和生活废水的大量排放，水污染问题日益严峻，亟需高效且环保的解决方案。源自废弃毛羽的角蛋白作为一种可再生的天然高分子材料，由于其特有的分子结构和功能特性，在污水处理方面效果显著。然而，毛羽纤维特有的精密复杂的多级结构及再生角蛋白易变质、难加工等特点，使其难以有效构筑、批量制备及稳定使用，成为制约其在水体修复应用领域的关键因素。

图1.多功能角蛋白纤维状吸附材料的制备及应用

近日，东华大学柯勤飞教授/赵奕副教授团队联合香港城市大学胡金莲教授团队等人利用从废弃毛羽中提取的角蛋白为原料，以普鲁兰多糖作为助纺剂，MOF作为增强剂，通过静电纺丝结合喷涂技术，制备出具备优异力学性能、水稳定性和形状记忆特性的多功能角蛋白纤维状吸附材料。结合蛋白质/多糖纳米纤维和MOF的优点，该材料不仅对多种污染物具有去除效果，还具备光催化降解和抗菌性能，在可持续水体修复领域展现出应用潜力（图1）。

图2. MFPZ吸附材料的力学性能以及水稳定性

得益于角蛋白和多糖之间的美拉德反应以及MOF纳米颗粒和纤维之间的“相互保护与增强”机制，制备的MFPZ吸附材料具有良好的力学性能和水稳定性，能满足水处理应用中的性能要求（图2）。

图3. MFPZ吸附材料的形状记忆特性

在保证了优异的水稳定性和力学性能后，对MFPZ的形状记忆性能进行了评估。结果表明MFPZ吸附材料在水和紫外线的双重刺激下，展现出快速响应形状记忆特性。利用这一特性，该吸附材料可以卷绕成原始尺寸的1/12，以节省运输空间，并允许在暴露于水和紫外光后快速按需展开(12 s)，实现可逆的形状变化和循环再生（图3）。

图4. MFPZ吸附材料对污染物的去除性能和光催化性能。

在角蛋白/普鲁兰多糖纳米纤维和MOF的协同作用下，MFPZ吸附材料对多种有机污染物（染料、重金属和油污染物）具有良好的去除性能和循环再生性。同时，通过喷涂法将MOF锚定在角蛋白/多糖纳米纤维上，不仅最大程度的保留了其催化功能，赋予吸附材料光催化降解和抗菌性能，而且克服了传统粉末MOF的局限性。基于上述优点，该多功能纤维状吸附材料在水体修复和紧急水污染事件处理等领域展现巨大的应用潜力，为废弃毛羽的高值化应用提供新思路。

相关工作以“Versatile Keratin Fibrous Adsorbents with Rapid-Response Shape-Memory Features for Sustainable Water Remediation”发表于《Nano Letters》。东华大学博士研究生倪瑞燕为该工作的第一作者，香港城市大学胡金莲教授、东华大学柯勤飞教授和赵奕副教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金和东华大学研究生创新基金资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03276

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（责任编辑：xu）

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