微塑料已經無處不在，南極、深海、地下水、甚至人類胎盤中均有發現，對整個生态圈都造成了巨大威脅。目前微塑料的去除手段主要依賴污水處理廠攔截，而污水處理廠僅對大于20 μm的微塑料有約72%的去除率，相對較小的微塑料或者說納米塑料的去除仍沒有實際應用策略。吸附法是一種相對簡單高效的方法，但傳統的吸附材料難以去除直徑小于3微米的微塑料，低成本、高效率的小尺度微塑料吸附材料開發已成為重要挑戰。生物質原料具有多級纖維結構、豐富的官能團和良好的生物相容性，且來源廣泛、天然可降解、價格低廉，是官能團和多級結構的天然共存體，在構建高性能吸附材料方面極具潛力。

近期，88858cc永利官网鄧紅兵教授/陳朝吉教授團隊提出了一種自上而下的甲殼素“氫鍵誘導重排”策略（圖1），以具有兩種不同原生氫鍵網絡的α-甲殼素和β-甲殼素為原料，誘導其原生氫鍵網絡斷裂再彼此重建，兩步快速構建了純甲殼素納米纖維海綿（β/α-CT）用于水中小尺寸微塑料的高效去除。該工作以“Highly Efficient, Recyclable Microplastic Adsorption Enabled by Chitin Hydrogen Bond Network Rearrangement”為題發表在《Advanced Functional Materials》上，文章共同第一作者是88858cc永利官网博士後吳洋和博士生葉成濠。該研究得到國家自然科學基金委、湖北省重點研發計劃項目和中央高校基本科研業務費專項資金項目的支持。

圖1 甲殼素納米纖維海綿的制作路徑及其典型的多孔纖維網絡結構。

該海綿的制備過程中無需添加任何化學交聯劑，且氫鍵重排誘導了甲殼素官能團（-OH、-CONH-、-NH₃⁺）的活化和暴露，使得該材料可以大量吸附微塑料，最高吸附容量可達411 mg/g，與已報道的同類型材料相比，吸附容量最高可達58倍，且具有很好的成本優勢（圖2）。該工作成功實現了生物質官能團-結構雙保留聚集體材料的穩定構建，有利于生物質原料的最大化利用。

圖2 甲殼素納米纖維海綿對水中小尺寸微塑料的去除能力。

為了探究甲殼素海綿的吸附機制，該工作對比了甲殼素與殼聚糖海綿（CS）的吸附能力。殼聚糖是甲殼素的脫乙酰産物，通常被認為比甲殼素更具活性，因為其帶有更多的氨基，帶電荷性也更強。然而，我們的實驗結果表明，在同等條件下，甲殼素海綿對微塑料的吸附能力是殼聚糖海綿的幾乎三倍。分子動力學和IGM模拟輔助分析發現甲殼素與聚苯乙烯的結合能要明顯高于殼聚糖，而這種高的結合能主要來源于C-H-π/ O-H-π/C=O-π相互作用，表明甲殼素上的乙酰氨基發揮了非常重要的作用（圖3）。該工作在開發具有新型吸附機理和優異吸附能力的生物質吸附材料方面取得了進展，可為水環境中高風險、強隐匿的小尺度微塑料去除提供思路。

圖3 甲殼素納米纖維海綿吸附微塑料的機理。

原文鍊接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202311075