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曼徹斯特大學(xué)劉旭慶課題組《ACS AMI》:天然超薄中空纖維界面修飾用以可持續(xù)的光催化分解水中污染物的載體
2022-02-22  來源:高分子科技

  偉岸挺拔的木棉樹是南方特有的植物,如當(dāng)代詩人舒婷曾經(jīng)在《致橡樹》這首詩中所寫到過:“ 我必須是你近旁的一株木棉,作為樹的形象和你站在一起。根,緊握在地下,葉,相觸在云里!比欢诿利惢鸺t的木棉花開放后,結(jié)成的木棉絮卻會(huì)在散落在空中,甚至使特定人群吸入后過敏。由于木棉纖維的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于可紡長度,且抱合力差,很難單獨(dú)用作紡織材料,多作為填充材料或者采用與棉、粘膠以及他纖維素纖維混紡的方法使用。然而,木棉纖維擁有獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu),其中空率可達(dá)到86%以上,且擁有質(zhì)量輕、柔軟、光滑、不易纏結(jié)、不霉不蛀等優(yōu)良特性,是理想型的吸收材料。


  水污染治理領(lǐng)域中,光催化作為重要分支已被廣泛的研究,但是應(yīng)用的光催化活性材料有難以回收利用的缺點(diǎn),亟待提高其耐用性和可回收性。因此英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院材料系劉旭慶課題組使用有優(yōu)異吸收性的天然中空木棉纖維材料,在受傳統(tǒng)染色工藝的啟發(fā)后,利用分子工程在纖維中空結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面生長光催化活性物質(zhì)氧化鋅,從而制造出易回收再利用的綠色凈水材料。(圖1)負(fù)載氧化鋅的木棉纖維材料通過紫外光分解有機(jī)污染物(亞甲基藍(lán)),達(dá)到80%以上的分解效率以及表現(xiàn)出出色的耐久性。更重要的是,通過摻雜還原氧化石墨烯對氧化鋅催化材料進(jìn)一步改性后,在 21.85 W/dm2 的光功率下照射僅僅2 小時(shí)后,其光降解性能提高到了90%以上。(圖2)


 

 1 負(fù)載在天然空心木棉纖維上的 ZnO 納米晶體的制備和光降解示意圖


 

 2 對照組和rGO摻雜CKZ-120 min在黑暗5小時(shí)后的吸收率和在紫外線照射后的降解率,以及RGO摻雜的氧化鋅木棉光催化劑的光催化機(jī)理示意圖。

 

  在污水處理中,利用一種可得的但經(jīng)濟(jì)效益較低的甚至本身可能為污染物的原材料,通過保留其天然的中空結(jié)構(gòu),反而能夠進(jìn)一步吸收處理污染物,從而達(dá)到以污染物治理污染物的目的。這也為將金屬氧化物固定在中空結(jié)構(gòu)材料上以進(jìn)一步應(yīng)用于可再生催化、化學(xué)工程和儲(chǔ)能領(lǐng)域提供了靈感。

 

  文章發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces(Entangled ZnO on Ultra-Thin Hollow Fibres for UV-Aided Pollutant Decomposition)。論文第一作者為英國曼徹斯特大學(xué)博士研究生汪茜,通訊作者為劉旭慶博士。

 

  論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c21554

 

  英國曼徹斯特大學(xué)劉旭慶博士課題組近幾年建立了一套纖維表面分子工程的科學(xué)體系,開發(fā)了一系列新型的高性能纖維的生產(chǎn)工藝,實(shí)現(xiàn)了高性能纖維在諸多工程領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。他課題組近幾年發(fā)表了如Advanced Materials, 2021,2105174; Small, 2021, 2102903; Composites Part B,220, 108983; Nano Letters,2021,8126; Nano Energy,2020,104926; ACS Nano,2020,8191; Advanced Science 2020, 2002009; ACS Nano 2020,559; Chemistry of Materials 2020, 234; Nano Lett. 2019, 6592; Small 2019, 1902440等系列研究工作。其課題組研發(fā)的抗菌纖維研究成果被The Economist,Nursing Times廣泛報(bào)道,并和全球范圍的產(chǎn)業(yè)界展開了深入的合作。

 

  劉旭慶博士課題組同時(shí)也致力于全球紡織行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題,開展了紡織工業(yè)水污染和水處理,和時(shí)尚行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展等方面研究工作。他課題組在污水處理領(lǐng)域發(fā)了 Chemical Engineering Journal,2021, 129542, Journal of Hazardous Materials 2021, 403, 123587, ACS Applied Materials & Interfaces 2020, 12 (49), 54936-54945, Adv. Mater. Interfaces 2019, 1900564等研究成果。

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