國際權威期刊《科學進展》（Science Advances）和《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）連續刊發了武漢大學資源與環境科學學院鄧紅兵教授、趙澤副教授團隊在利用廢棄微尺度生物質解決塑料污染方面取得的系列進展。

在全球塑料污染日益嚴峻的當下，如何從源頭減少塑料使用并從末端有效清除微塑料，成為亟待攻克的環境難題。與此同時，每年全球農業活動中產生數百萬噸廢棄生物質資源，其中花粉顆粒來源廣泛，年產超萬噸，廉價易得。通常花粉的收集方式包括人工收集和昆蟲采集，后者多為蜜蜂采集，目前我們利用的花粉95%以上都是蜜蜂采集，人工采集只占極小部分，市場價大約20~30元/公斤。然而，由于花粉顆粒外壁堅硬、結構惰性強，長期以來難以被有效利用。

針對上述問題，團隊圍繞“廢棄生物質高值化利用”核心目標，提出“污染治理+材料替代”的雙向創新路徑，讓這些原本易導致過敏的花粉實現華麗“轉身”：一方面可高效吸附水體中的納米塑料污染物，另一方面可與天然纖維復合制備可降解、可循環的生物塑料，從末端治理到源頭替代，形成塑料污染的可持續閉環解決方案，并為花粉的高附加值規模化利用尋找新的出口。

研究團隊前期報道了小龍蝦蝦殼、蝦殼甲殼素和魷魚甲殼素等對微納米塑料具有較強的捕集能力（Science Advances2024、Advanced Functional Materials2024和ACS Nano2024），在此基礎上，研究團隊引入“親疏水協同鑲嵌”策略，利用魷魚骨提取的β-甲殼素（親水性）作為柔性骨架，嵌入天然疏水性花粉顆粒，制備出具有微納結構和高度孔隙率的海綿狀材料。花粉表面自帶微納米級紋理圖案，具有豐富的芳香族環結構、乙酰氨基及黃酮類等官能團，在與甲殼素協同作用下，可通過疏水相互作用、氫鍵作用、π-π堆積、靜電作用及物理截留等多種機制捕捉微納米塑料顆粒。

圖1.利用花粉和甲殼素的協同共組裝策略去除納米塑料

該材料微塑料吸附容量高達236.3 mg/g，對不同粒徑、表面電荷和類型的微塑料均具有廣譜適應性，在各種pH值和離子強度條件下均能穩定高效運行，且可循環再生使用至少10次，性能幾乎無衰減。同時，花粉-甲殼素海綿還對藥物、內分泌干擾物、油類等疏水性污染物展現出良好的吸附兼容性，具備在水體凈化、工業廢水處理、環境修復等方面應用潛力。相關成果發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上，資環學院劉方恬博士為論文第一作者，鄧紅兵教授和趙澤副教授為共同通訊作者。

圖2.花粉-甲殼素海綿對納米塑料的吸附性能與機制

微塑料污染的根源在于不可降解的石油基塑料。因此，團隊進一步探索花粉顆粒的結構可塑性與組裝潛力，將其與少量預處理后的棉花纖維混合，借助自然干燥過程，全程無需任何有毒化學添加劑或高能耗熱壓設備，開發出一種具有優異力學性能和環境友好性的新型生物塑料。

圖3.花粉-棉纖維共組裝制備高性能生物塑料

該材料在干燥過程中形成花粉-纖維層狀致密結構，通過花粉的微粒嵌套作用和纖維的長程物理交聯，構建出穩定的三維致密網絡。其拉伸強度達52.22 MPa、楊氏模量達2.24 GPa，可媲美甚至超越目前主流的可降解塑料材料（如PBS、PBAT、PLA）及部分石油基塑料（如ABS、PET）。不僅如此，該材料天然具備綠色的“水加工性”，無需復雜分子設計，僅憑最常見的水，就能實現材料的多維度塑形、拼接和重復加工。這種簡便、綠色的加工方式為個性化定制與復雜結構成型（如包裝、醫療器具等）提供了便利，同時有效避免了傳統加工方式中高溫或化學粘合劑帶來的資源浪費與環境風險。相關成果發表在《科學進展》（Science Advances）上，資環學院邱奕瑾博士和新加坡國立大學張大川教授為文章共同第一作者，鄧紅兵教授和趙澤副教授為共同通訊作者。

圖4.花粉-棉纖維生物塑料智能水加工性能

綜上，研究團隊基于生物質界面工程，構建了從微納米尺度結構設計、多組分協同組裝到宏觀性能調控的系統性研究框架，為花粉的高附加值利用提供了新的思路，讓常被詬病易導致過敏的花粉“變廢為寶”。以上工作得到國家自然科學基金和中央高校基本科研業務費資助及學校科研公共服務條件平臺的支持。

論文鏈接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202418911

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr1596

(來源：武漢大學 版權屬原作者 謹致謝意）