纳米塑料因其极小的粒径和高比表积，已被证实具有显著的生物穿透性和潜在健康风险。纳米塑料已在各类水体中被检测到，这使得塑料污染成为一个严峻的全球性问题。吸附技术，尤其是电化学驱动的方法在去除水中的纳米塑料方面展现出巨大潜力。纤维素材料是制备吸附剂的理想选择，其具有丰富的官能团、易于改性、成本低廉且可再生的特点。然而在水环境中，传统的纤维素基水凝胶因亲水基团导致的过度膨胀而面临结构变化问题，这导致其导电性较差，从而限制了其在电化学领域的应用。

  近日，大连工业大学轻工与化学工程学院生物基纤维材料与化学品团队将羧甲基纤维素（CMC）与聚丙烯酰胺（PAM）、疏水性丙烯酸丁酯（BA）和聚苯胺（PANI）聚合制备复合水凝胶，并应用于吸附水中的纳米塑料。

  研究成果以“Skin-inspired cellulose-based hydrogel design with hydrophobic-conductive synergy for enhanced electrochemical nanoplastic removal”为题发表于《Carbohydrate Polymers》上。文章第一作者是大连工业大学硕士生钟文琴，通讯作者是陶叶晗博士和王海松教授。

  该研究通过将疏水性的BA和导电性的PANI整合到纤维素基质中，该水凝胶展现出了出色的稳定性、机械韧性和吸附能力。模拟人体皮肤的智能响应界面，类皮下组织的CMC/PAM网络作为柔性支撑层，位于最外层的PANI组分使导电电荷转移实现精确吸附控制，BA的疏水性长链则实现对纳米塑料的选择性捕获。该模仿皮肤的分层结果设计，通过界面相互协同作用可以智能实现纳米塑料的高效去除。在优化条件下（0.1 M KCl，1 V），该凝胶可去除高达96%的纳米塑料，其效果远优于传统吸附材料。动力学和等温线分析证实了以化学吸附为主的吸附过程与弗伦德利希模型相符。该水凝胶的仿生设计不仅解决了传统纤维素水凝胶的局限性，还为纳米塑料污染问题提供了一种可扩展且低成本高效率的解决方案。

图1 (a) 仿人体皮肤结构的设计概念图及实物照片；(b) CMC/PAM/BA/PANI复合水凝胶的制备过程。

图2 (a) 材料的水接触角；(b) 在空气中放置6天后的质量损失；(c) 水中放置6天后的膨胀率；(d) 在空气中放置6天后的状态；(e) 在水中放置6天后的状态。

图3 (a) 纳米塑料的电化学吸附过程；(b) 复合材料吸附效果对比；(c) 电解质筛选；(d) 纳米塑料浓度对比；(e) 施加电压对比；(f) 吸附动力学；(g) 伪一级和伪二级动力学模型；(h) 弗伦德利希和朗缪尔吸附等温线模型。

  相关研究工作得到了国家自然科学基金和辽宁省自然科学基金等项目的资助。

  原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861726004157