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中國科學院理化所實現采用納米結構微球，從廢水中回收有機染料。根據中國科學院理化技術研究所仿生材料與界面科學重點實驗室的論文，該實驗室的研究院人員提出了一種全新的表面異質納米結構化顆粒全分散策略，制備了全分散的親水-疏水異質微球，這些微球在一系列溶劑（水、乙醇、辛烷等）中展示出全分散的優異性能，并實現了從廢水中回收有機染料。

團隊提出了乳液界面聚合合成異質結構微球的新方法，并在其高效分離應用上取得了一系列創新性成果涂料在線coatingol.com。

發展了多種乳液界面聚合合成方法（Sci. Adv.2017,3, e1603203;Macromolecules2018,51, 1591;Macromolecules2019,52, 3237），制備了一系列具有不同尺寸、化學組成、孔隙、表面納米結構的異質微球，實現了復雜生物流體中痕量糖肽的分離（Adv. Mater.2018,30, 1803299）、相近尺寸蛋白的分離（Adv. Mater.2019,31, 1900391;Small2021,17, 2102802）、病毒核酸分離（SmallMethods2023,DOI: 10.1002/smtd.202300531）、癌癥病人外周血中痕量循環腫瘤細胞的分離（Adv. Mater.2023,DOI:10.1002/adma.202303821）、水中痕量微油滴的分離（Adv. Funct. Mater.2018,28, 1802493）等，構筑了色譜柱、微分離柱、微流控（ACS Nano2019,13, 8374）、紙色譜（Langmuir2022,38, 4250）等分離器件。基于這些研究成果，受邀撰寫了綜述文章（Mater.Chem. Front.2017,1, 1028;Adv. Funct. Mater.2022,32, 2113153）。

專家表示，親水-疏水異質微球表面具有交替的親水、疏水成分（圖1），這種結構既有利于高極性溶劑（水）的鋪展，又有利于中等極性溶劑（乙醇等有機溶劑）、低極性溶劑（辛烷等油性有機溶劑）的鋪展。

此外，在親水區，很容易引入帶電基團，這些基團能為顆粒間提供靜電排斥作用，從而在不同溶劑中實現良好的分散（圖2）。

利用這種獨特的全分散性，該團隊發展了一種從含有機染料的廢水中分離回收染料的策略。

染料在水中被吸附到微球上，通過過濾得到凈化的水與吸附了染料的微球，再將這些微球分散到有機溶劑中實現染料的脫附，通過過濾得到溶解了染料的有機溶劑，染料通過蒸餾被回收，同時微球被循環利用（圖3）。

親水-疏水異質微球為有機染料的回收提供了一類很有前景的材料。回收有機染料的過程中，只需加入有機溶劑，無需加入含有無機酸、堿或鹽的洗脫液。有機溶劑很容易通過簡單的蒸餾從染料中去除，避免了去除無機酸、堿和鹽的復雜步驟。這類材料在環境污染物處理、資源回收利用、海洋資源富集提取、生物分子檢測等復雜樣品的分離分析領域具有廣泛的應用前景。

研究成果以Heterostructure particles enable omnidispersible in water and oil towards organic dye recycle為題發表在Nature Communications雜志上，宋永楊研究員（中國科學院理化所）和周嘉嘉教授（華南理工大學）為論文第一作者，王樹濤研究員（中國科學院理化所）為論文通訊作者。江雷研究員（中國科學院理化所）、梁鑫淼研究員（中國科學院大連化物所）、李秀玲研究員（中國科學院大連化物所）、朱忠鵬研究員（中國科學技術大學蘇州高等研究院）等對該工作給予了指導和幫助。研究得到國家自然科學基金重點項目、科技部國家重點研發計劃等的資助。

圖1.親水-疏水異質微球的表征。該團隊利用前期發展的乳液界面聚合合成方法，合成了親水-疏水異質微球，并通過透射電子顯微鏡、光誘導力顯微鏡、原子力顯微鏡等表征，證實了其表面異質納米結構

圖2.親水-疏水異質微球、親水微球、疏水微球的分散性能對比

圖3.親水-疏水異質微球實現廢水中染料回收。染料在水中被微球吸附；過濾分離；微球分散在有機溶劑中，實現染料脫附；低溫蒸餾實現染料回收；微球用于循環染料回收

圖4.左圖：微球從廢水中捕獲染料的熒光顯微圖像；右圖：微球在有機溶劑中釋放染料的熒光顯微圖像。

圖5.全分散的親水-疏水異質微球

來源：中科院理化所