木質(zhì)素：吃油的造紙廢料

綜合整理/本刊見(jiàn)習(xí)主筆 吳菁

近年來(lái)，海上原油泄漏事故頻發(fā)，給海洋生態(tài)造成了巨大危害。

如何綠色高效地處理海上原油污染？中國(guó)科學(xué)院寧波材料團(tuán)隊(duì)在一種能吸油的造紙“廢料”——木質(zhì)素中找到了答案。

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

不過(guò)，隨著近年來(lái)對(duì)木質(zhì)素研究的不斷深入，科研人員發(fā)現(xiàn)了其與聚氨酯材料結(jié)合后，在吸附石油方面的不俗表現(xiàn)。

是否可以將普遍被浪費(fèi)的木質(zhì)素利用起來(lái)，來(lái)提高傳統(tǒng)吸油材料的環(huán)境友好性？2019 年下半年，我國(guó)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了有針對(duì)性的技術(shù)攻關(guān)。

吸附更環(huán)保

中國(guó)科學(xué)院寧波生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)與多倫多大學(xué)顏寧教授團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)研發(fā)了一種木質(zhì)素基聚氨酯泡沫，可治理海上油污泄漏，還能無(wú)害化降解。

起初，研究團(tuán)隊(duì)采用一步法制備了碳納米管復(fù)合的木質(zhì)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(huì)降低很多，有助于提高泡沫吸收速率。通過(guò)模擬海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，制備出的木質(zhì)素聚氨酯泡沫經(jīng)過(guò)一個(gè)太陽(yáng)光照（輻射功率1000W/m2）后，表面溫度達(dá)90℃，可在6 分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)自身6 倍以上質(zhì)量的原油回收。

美中不足的是，碳納米管不可降解，還會(huì)阻礙泡沫材料的降解速率。

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究，研究團(tuán)隊(duì)替換了碳納米管，采用分散性更好、光熱轉(zhuǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)太陽(yáng)光照下，表面最高溫能夠達(dá)到83℃，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(huán)境下降解成對(duì)環(huán)境無(wú)污染的二氧化鈦等物質(zhì)。最終，新研發(fā)的產(chǎn)品不僅可以通過(guò)擠壓泡沫將所吸附的油污進(jìn)行回收處理再利用，還能夠在堿性環(huán)境下實(shí)現(xiàn)綠色降解。

吸油更高效

由于處理泄露污染的工作人員無(wú)法接近某些毒油相廢液，因此需要能夠精準(zhǔn)定向用于油污吸附的材料?；谝延械某晒?，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研制出了一種超疏水磁性木質(zhì)素基聚氨酯泡沫。

通過(guò)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(gè)太陽(yáng)光照下，泡沫表面最高溫度能達(dá)到66.5℃，吸附約自身5 倍質(zhì)量的原油。

同時(shí)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(chǎng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和回收。在太陽(yáng)光下，超疏水磁性木質(zhì)素基聚氨酯泡沫可以借助光熱輔助原油回收，無(wú)太陽(yáng)光時(shí)能夠通過(guò)超疏水的表面性質(zhì)實(shí)現(xiàn)常規(guī)油水分離，實(shí)現(xiàn)24 小時(shí)作業(yè)。

木質(zhì)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(shí)，木質(zhì)素泡沫材料也更為質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。

經(jīng)過(guò)生物基高分子團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)研發(fā)，木質(zhì)素基聚氨酯泡沫復(fù)合材料在有機(jī)溶劑泄露和原油回收環(huán)境治理方面具有非常優(yōu)異的性能，并且使用后能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)降解，把對(duì)環(huán)境的污染程度降到最低。

除了應(yīng)對(duì)海上原油泄漏，木質(zhì)素基聚氨酯泡沫還可作為抗菌敷料、過(guò)濾材料、保溫材料、隔音吸波材料等。目前，研究團(tuán)隊(duì)已與企業(yè)合作，將木質(zhì)素基聚氨酯泡沫材料率先用于汽車內(nèi)飾中。

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