研究背景
全球每年产生超过百万吨合成染料和数百万吨微塑料，二者在水环境中共存并发生协同迁移：风化微塑料表面氧化后可作为有机污染物的高效载体，加剧生态风险。传统处理方法如过滤难以截留纳米塑料与溶解态染料，而粉末吸附剂虽有效但回收困难、易造成二次污染。因此，亟需开发一种兼具高吸附容量、易回收、可同时去除颗粒态与溶解态污染物，并具备全生命周期可持续性的集成化吸附材料。
论文概要
近日，武汉大学邓红兵、吴洋及华中科技大学周雪研究团队在复杂水体净化材料领域取得重要突破——一种利用无交联剂冷冻组装法制备的甲壳素/活性炭（CT/AC）整体式海绵，可同时高效去除微塑料和多种染料，吸附容量最高达1177 mg/g（5 μm聚苯乙烯）和1039 mg/g（罗丹明B）。该材料通过静电与氢键作用将活性炭粉末均匀固载于甲壳素纳米纤维网络，形成大孔整体结构，可直接从水中取出，避免二次污染。更关键的是，废弃海绵可通过闪蒸焦耳热（FJH）转化为高品质石墨烯，实现从“吸附-丢弃”到闭环资源化的跨越。生命周期评估（LCA）证实其碳足迹较传统颗粒活性炭降低59%以上。这项研究为可持续、高性能、双靶点水处理吸附平台提供了可规模化的新路径。相关成果以“Dual-target, high-capacity removal of microplastics and dyes from water using a recyclable sponge monolith”为题于2026年4月12日发表在期刊《Materials Horizons》上。
DOI: 10.1039/D6MH00083E
图文速览
图1 从整体架构与机制层面揭示了CT/AC海绵的设计逻辑。示意图（图1A）显示：废虾壳提取的甲壳素与活性炭粉末经冷冻干燥自组装形成整体式单块，使用后通过闪蒸焦耳热转化为石墨烯。图1B 归纳了六重协同去除机制——疏水作用、氢键、π-π堆积、静电吸引、孔填充及物理截留。雷达图对比了CT/AC与纯甲壳素、颗粒活性炭（GAC）及活性炭粉末的性能，表明CT/AC在微塑料吸附容量、染料吸附容量、可回收性、机械强度和环境稳定性上均全面领先，凸显整体式结构对粉末吸附剂局限性的突破。
总结展望
总之，本研究提出一种整体式甲壳素/活性炭海绵的构建策略：通过无交联剂冷冻组装，将活性炭粉末均匀固载于甲壳素纳米纤维网络中，形成兼具大孔结构和丰富微孔的集成吸附平台。其多重协同机制——疏水作用、氢键、π-π堆积、静电吸引、孔填充及物理截留——使其能够同时高效去除带负电微塑料及多种电荷性质的染料，即使在复杂水基质（高盐、宽pH、腐殖酸、纳米颗粒干扰）中仍保持优异性能。CT/AC₅对5 μm聚苯乙烯微塑料的吸附容量达1177 mg/g，对罗丹明B、孔雀石绿、刚果红分别为1039、911、734 mg/g，远超传统颗粒活性炭和已报道的甲壳素/壳聚糖基材料。整体式结构赋予其直接回收、无二次释放的实用优势，100次循环压缩及1个月化学浸泡后仍保持结构完整。生命周期评估证实其低碳足迹与成本效益，而废海绵通过闪蒸焦耳热转化为高质量石墨烯，实现末端价值化闭环。未来可探索该平台对其他新兴污染物（如抗生素、全氟化合物）的协同去除，并优化闪蒸焦耳热工艺以提升石墨烯产率与品质，推动其向工业化水处理应用迈进。
本文来自环境与能源功能材料，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
