木質素：吃油的造紙廢料

綜合整理/本刊見習主筆 吳菁

近年來，海上原油泄漏事故頻發，給海洋生態造成了巨大危害。

如何綠色高效地處理海上原油污染？中國科學院寧波材料團隊在一種能吸油的造紙“廢料”——木質素中找到了答案。

自然界中，木本植物的木質素含量能占到約25%，是僅次于纖維素的第二大天然有機高分子材料。在工業生產中，木質素通常會被當作造紙廢料，燃燒或直接丟棄是主要的處理方式。

不過，隨著近年來對木質素研究的不斷深入，科研人員發現了其與聚氨酯材料結合后，在吸附石油方面的不俗表現。

是否可以將普遍被浪費的木質素利用起來，來提高傳統吸油材料的環境友好性？2019 年下半年，我國研究團隊開始了有針對性的技術攻關。

吸附更環保

中國科學院寧波生物基高分子材料團隊與多倫多大學顏寧教授團隊合作，設計研發了一種木質素基聚氨酯泡沫，可治理海上油污泄漏，還能無害化降解。

起初，研究團隊采用一步法制備了碳納米管復合的木質素基聚氨酯原油吸附泡沫，用于高效原油回收。

常溫下原油黏度較高，但在較高溫度下黏度會降低很多，有助于提高泡沫吸收速率。通過模擬海洋環境實驗，研究團隊發現，制備出的木質素聚氨酯泡沫經過一個太陽光照（輻射功率1000W/m2）后，表面溫度達90℃，可在6 分鐘內實現自身6 倍以上質量的原油回收。

美中不足的是，碳納米管不可降解，還會阻礙泡沫材料的降解速率。

經過進一步研究，研究團隊替換了碳納米管，采用分散性更好、光熱轉化效率更高且具有可降解性的MXenes 納米片引入泡沫基體中。結果發現，在一個太陽光照下，表面最高溫能夠達到83℃，從而實現對黏稠原油的高效回收。

值得一提的是，MXenes 納米片能夠在熱氧環境下降解成對環境無污染的二氧化鈦等物質。最終，新研發的產品不僅可以通過擠壓泡沫將所吸附的油污進行回收處理再利用，還能夠在堿性環境下實現綠色降解。

吸油更高效

由于處理泄露污染的工作人員無法接近某些毒油相廢液，因此需要能夠精準定向用于油污吸附的材料。基于已有的成果，研究團隊進一步研制出了一種超疏水磁性木質素基聚氨酯泡沫。

通過硅烷的表面修飾使其具有超疏水性，將四氧化三鐵納米顆粒引入泡沫中，能使泡沫整體具有一定的磁性和光熱性能，在一個太陽光照下，泡沫表面最高溫度能達到66.5℃，吸附約自身5 倍質量的原油。

同時由于四氧化三鐵的存在，泡沫具有良好的磁性能，人們可以利用磁場進行驅動和回收。在太陽光下，超疏水磁性木質素基聚氨酯泡沫可以借助光熱輔助原油回收，無太陽光時能夠通過超疏水的表面性質實現常規油水分離，實現24 小時作業。

木質素的大量使用，使得聚氨酯泡沫制作成本降低30%左右，在降低原油泄漏造成危害的同時，木質素泡沫材料也更為質優價廉。

經過生物基高分子團隊的設計研發，木質素基聚氨酯泡沫復合材料在有機溶劑泄露和原油回收環境治理方面具有非常優異的性能，并且使用后能夠通過簡單的方法實現降解，把對環境的污染程度降到最低。

除了應對海上原油泄漏，木質素基聚氨酯泡沫還可作為抗菌敷料、過濾材料、保溫材料、隔音吸波材料等。目前，研究團隊已與企業合作，將木質素基聚氨酯泡沫材料率先用于汽車內飾中。

這項研究不僅為木質素基聚氨酯泡沫的應用找到了出口，也為今后生物基高分子材料的應用提供了一種思路。