使用纳米颗粒和贻贝胶清理漏油

如果你曾经吃过芝士汉堡，不小心把里面的油腻食物滴在你最喜欢的 T 恤上，你就见证了棉花吸油的强大（有时很不幸）能力。中国北方民族大学的研究人员发明了一种超疏水棉纤维，其灵感来自海洋贻贝的粘性，未来可能应用于大规模石油泄漏清理。

这并不是研究人员第一次从贻贝的粘性中获得灵感。2014 年，麻省理工学院的工程师利用大肠杆菌产生的蛋白质复制了贻贝的强力胶，并开发出最强的水下仿生粘合剂。

目前清理漏油的技术是聚丙烯。这种有浮力的合成化学物质有助于形成一道屏障来控制漏油，但每克材料只能吸收大约 16 克油。天然纤维如原棉可以吸收大约两倍的原油。但是，由于天然纤维漂浮性不强、吸水太多、不易重复使用，限制了它的实际用途。在一项即将于 12 月发表在《工业作物与产品》杂志上的新研究中，研究人员模仿了海洋贻贝的“足蛋白”——一种让贻贝能粘在难以粘附的表面的胶水，用它来制造出一种超疏水棉纤维。这种增强型纤维不仅吸水、浮力极强，而且可回收性极高。

“石油生产和运输过程中频繁发生的漏油事故对生态系统造成了严重破坏，”这项研究的主要作者王金涛说。由于这种新材料是可再生和可生物降解的，王金涛认为它可以成为一种商业化产品。

研究团队将棉花浸入含有聚多巴胺的化学溶液中，将纳米颗粒粘在棉花表面。聚多巴胺的化学性质类似于贻贝的粘性“足蛋白”。然后，他们将纤维浸入甲苯、亚麻籽油和原油等不同的油中，然后沥干，擦去多余的油，并称重以查看其吸收了多少油。

这种新型棉纤维展示了贻贝的力量。这种新型纳米粒子处理棉在各方面都优于普通棉。它使纤维具有超疏水性，从而限制了吸水并增加了浮力。增加的表面积还使棉纤维每克材料可以吸收 53 克原油——比聚丙烯多三倍多，几乎是原棉纤维的两倍。胶水还通过使纤维表面变粗糙来增加油保留率，从而防止吸收的油滑出。最重要的是，仿制的贻贝“足蛋白”非常善于将纳米颗粒粘附在棉花表面，因此纤维可以回收多达 80 次而不会失去油吸附能力。该论文称，这可以降低石油泄漏清理的成本。

但从概念验证到实际产品还有很长的路要走。德克萨斯理工大学环境毒理学系教授 Seshadri Ramkuma（未参与这项研究）表示，他怀疑这种改性棉纤维的生产能否在短期内扩大规模并投入商业使用。他说，与聚丙烯相比，棉纤维价格昂贵，而添加纳米颗粒以及将其粘合到纤维上的化学工艺只会进一步增加成本。

“这是一项非常好的科学，我不否认这一点，但从商业角度来看，成本是一个问题，”他说。

拉姆库玛说，研究人员不仅需要证明这一过程可以扩大规模且具有成本效益，而且由于他们涉及纳米颗粒，因此需要评估它们渗入水生环境的潜在毒性。

王先生也承认，在这种超疏水棉用于大规模石油泄漏清理之前，还有许多工作要做，但他表示，无论是纳米颗粒还是将其粘合到棉纤维上的化学物质都不会对生态造成威胁。不过，他说，这种增强型棉纤维具有足够的成本效益、足够的效率和足够的可回收性，有朝一日可以取代聚丙烯。