生物医药、食品、纺织……用虾皮做的新型膜材料有多厉害？

位于沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学 (King Abdullah University of Science and Technology，缩写KAUST) 的研究者们利用虾壳、植物提取物和回收塑料研发了一种能长期维持的薄膜复合膜，有望取代对环境损害更严重的常规膜。

从虾壳而来的薄膜复合膜示意图 | 参考文献 [1]

薄膜复合膜 (TCM) 广泛应用于废水处理、气体分离和化工生产等领域，其构造包括一个多孔支撑体，并在其顶部加上一层由纳米尺度的小孔组成的超薄层，使这种膜能够捕获分子与微小颗粒，同时允许液体溶剂通过。

大部分薄膜复合膜由来自化石燃料的原材料制成，而其中一些则属于有毒物质。因此，由 Gyorgy Szekely 带领的研究小组开始使用绿色材料和工艺重新建造新型薄膜。

该研究小组使用回收塑料制作了这种多孔支撑物，并在其表面覆盖上一层从虾壳中提取的被称作“壳聚糖”的天然无毒聚合物。沙特国家水产养殖集团 （Naqua）每年生产的大约5万吨虾壳废料则被用于每年产出135吨壳聚糖。

为了将壳聚糖制成纳米孔膜，研究小组使用2,5-呋喃二甲醛 （FDA）交叉链接其聚合物链，一种从植物废弃物中经过绿色加工所提取的分子。研究者们选用从桉树叶子提取的桉叶油醇作为这一反应的溶剂。他们还使用了一种名为 TMG 的催化剂，而这种催化剂比通常用来加速交叉链接反应的过于刺激的化合物更加环保。

膜表层在扫描电子显微镜 (SEM)下的图像，右上角的小图显示膜的水接触角和光学图像 | 参考文献[2]

Szekely 评论该薄膜时表示：“将大量可利用的废弃生物质能转化为类似这种薄膜的增值材料，不仅解决了污染物排放控制的问题，而且还创造了一种新的增值产品。” 他补充说明，使用废料也意味着这种新膜的制造成本与生产常规膜所差无几。

在优化了膜的制备过程之后，研究者们用一种叫做丙酮的溶剂对膜进行了测试，而这种溶剂携带不同长度的聚苯乙烯分子和一种叫做甲基苯乙烯二聚体的小分子。

测试结果表示，研究团队所研发的薄膜复合膜允许丙酮以与常规膜相似的速率流过。研究团队的成员之一、博士生Cong Yang解释说道：“它（薄膜复合膜）还可以过滤掉与染料或有效药物成分大小相当的分子。因此，这种膜可实际运用于生物医药、纺织、制药和食品工业。”

研究者们最后表示，他们可以通过一种名为 TamiSolve 的无毒溶剂来微调该膜的性能。如今，他们希望能够与当地的虾场合作以确保作为原材料的壳聚糖可以持续供应，同时也想要进一步研发工艺技术来扩张薄膜复合膜的生产规模。

参考文献

[2] Alammar, A., Hardian, R., & Szekely, G. (2022). Upcycling agricultural waste into membranes: From date seed biomass to oil and solvent-resistant nanofiltration. Green Chemistry, 24(1), 365–374. https://doi.org/10.1039/D1GC03410C

编译：张明宇

编辑：酥鱼

排版：尹宁流

研究团队

通讯作者Gyorgy Szekely：沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学化学工程系助理教授

第一作者Abdulaziz Alammar：英国曼彻斯特大学工程学院化学工程与分析科学系博士生

第二作者Rifan Hardian：沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学物理科学与工程部博士后研究员

论文信息

发布期刊《绿色化学》 Green Chemistry

发布时间2021年12月3日

论文标题Upcycling agricultural waste into membranes: from date seed biomass to oil and solvent-resistant nanofiltration

（DOI: https://doi.org/10.1039/D1GC03410C）