【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】有機(jī)染料是常用的色彩添加劑，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研和日常生活。染料讓我們的服飾、食品、日用品絢麗多彩；染料在顯微鏡下發(fā)光實(shí)現(xiàn)成像，幫助我們揭示微觀世界的奧秘。有數(shù)據(jù)表明，全球有機(jī)染料的產(chǎn)量達(dá)到70萬(wàn)噸/年，但其中近10-15%被排放到工業(yè)和家庭廢水中，已成為水污染的重要源頭，對(duì)生態(tài)環(huán)境和公眾健康構(gòu)成威脅。
 

　　現(xiàn)有染料廢水的處理方法如混凝-絮凝法、生物降解法，可去除廢水中大部分有機(jī)染料，而這些方法面臨染料去除不徹底、適用染料種類有限、產(chǎn)生的淤泥容易造成二次污染等問(wèn)題。近年來(lái)，隨著納米技術(shù)、材料科技的迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出一些新興的材料與染料廢水處理技術(shù)如催化氧化、納濾和多孔顆粒吸附。催化劑、膜和吸附材料在完成染料廢水處理后可重復(fù)使用，而染料的回收較少被重視。究其原因在于，在有機(jī)染料脫附過(guò)程中，通常在水溶液中加入含有無(wú)機(jī)酸、堿或鹽的洗脫液，使有機(jī)染料的回收過(guò)程更加復(fù)雜。
 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出了全新的表面異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)化顆粒全分散策略，制備了全分散的親水-疏水異質(zhì)微球。這些微球在一系列溶劑(水、乙醇、辛烷等)中展示出全分散的優(yōu)異性能，并實(shí)現(xiàn)了從廢水中回收有機(jī)染料。
 

　　近年來(lái)，理化所研究員王樹(shù)濤團(tuán)隊(duì)提出了乳液界面聚合合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)微球的新方法，并在其高效分離應(yīng)用上取得了一系列創(chuàng)新性成果：發(fā)展了多種乳液界面聚合合成方法，制備了一系列具有不同尺寸、化學(xué)組成、孔隙、表面納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)微球，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜生物流體中痕量糖肽的分離、相近尺寸蛋白的分離、病毒核酸分離、癌癥病人外周血中痕量循環(huán)腫瘤細(xì)胞的分離、水中痕量微油滴的分離等，構(gòu)筑了色譜柱、微分離柱、微流控、紙色譜等分離器件。此外，該團(tuán)隊(duì)基于上述成果撰寫(xiě)了綜述文章。
 

　　親水-疏水異質(zhì)微球表面具有交替的親水、疏水成分(圖1)。這種結(jié)構(gòu)既利于高極性溶劑(水)的鋪展，又利于中等極性溶劑(乙醇等有機(jī)溶劑)、低極性溶劑(辛烷等油性有機(jī)溶劑)的鋪展。此外，在親水區(qū)，易引入帶電基團(tuán)，這些基團(tuán)能為顆粒間提供靜電排斥作用，從而在不同溶劑中實(shí)現(xiàn)良好的分散(圖2)。利用這種獨(dú)特的全分散性，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種從含有機(jī)染料的廢水中分離回收染料的策略。染料在水中被吸附到微球上，通過(guò)過(guò)濾得到凈化的水與吸附了染料的微球，再將這些微球分散到有機(jī)溶劑中實(shí)現(xiàn)染料的脫附，通過(guò)過(guò)濾得到溶解了染料的有機(jī)溶劑，染料通過(guò)蒸餾被回收，同時(shí)微球被循環(huán)利用(圖3)。
 

　　親水-疏水異質(zhì)微球?yàn)橛袡C(jī)染料的回收提供了一類頗具前景的材料。回收有機(jī)染料的過(guò)程中，只需加入有機(jī)溶劑，無(wú)需加入含有無(wú)機(jī)酸、堿或鹽的洗脫液。有機(jī)溶劑易通過(guò)簡(jiǎn)單的蒸餾從染料中去除，避免了去除無(wú)機(jī)酸、堿和鹽的復(fù)雜步驟。這類材料在環(huán)境污染物處理、資源回收利用、海洋資源富集提取、生物分子檢測(cè)等復(fù)雜樣品的分離分析領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
 

　　王樹(shù)濤表示，這么多年來(lái)團(tuán)隊(duì)一直嘗試?yán)媒缑婊瘜W(xué)設(shè)計(jì)來(lái)解決分離技術(shù)中“根材料”創(chuàng)制的難題，終于在分離微球材料上取得了突破。
 

　　相關(guān)研究成果以Heterostructure particles enable omnidispersible in water and oil towards organic dye recycle為題，發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。華南理工大學(xué)的科研人員參與研究。
 

　　圖1. 親水-疏水異質(zhì)微球的表征。該團(tuán)隊(duì)利用前期發(fā)展的乳液界面聚合合成方法，合成了親水-疏水異質(zhì)微球，并通過(guò)透射電子顯微鏡、光誘導(dǎo)力顯微鏡、原子力顯微鏡等表征，證實(shí)了其表面異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。
 

圖2. 親水-疏水異質(zhì)微球、親水微球、疏水微球的分散性能對(duì)比。
 

　　圖3. 親水-疏水異質(zhì)微球?qū)崿F(xiàn)廢水中染料回收。染料在水中被微球吸附；過(guò)濾分離；微球分散在有機(jī)溶劑中，實(shí)現(xiàn)染料脫附；低溫蒸餾實(shí)現(xiàn)染料回收；微球用于循環(huán)染料回收。
 

　　圖4. 左圖：微球從廢水中捕獲染料的熒光顯微圖像；右圖：微球在有機(jī)溶劑中釋放染料的熒光顯微圖像。
 

圖5. 全分散的親水-疏水異質(zhì)微球