美國科學家研發可生物降解網狀材料 捕捉微塑料至納米級別

一組美國科學家開發出了一種可生物降解的網狀材料，靈感來自糾結的海藻，能夠捕捉從毫米大小的碎片到僅幾十納米的微小顆粒。這種新材料由北卡羅來納州立大學的研究人員設計，適用於淡水和鹹水環境，有助於解決去除水域塑料污染的重大挑戰。微塑料被定義為小於五毫米的塑料顆粒，因其在河流、湖泊和海洋中的積累而成為日益嚴重的環境問題，並可能進入食物鏈。現有的清理技術通常只能在有限的尺寸範圍內有效，無法捕捉到較大的碎片或超細顆粒。

為瞭解決這一問題，科學家們創造了一種能夠捕捉不同尺寸微塑料的單一材料。

靈感來源與設計過程

在設計過程中，科學家們受到漂浮的海藻團塊和自然形成的海王星球的啟發。這些緊密糾結的海草球被發現在海洋環境中能夠收集微塑料。北卡羅來納州立大學的化學與生物分子工程教授奧林·維列夫（Orlin Velev）透露：「我們的目標是開發一種多尺度結構，使我們能夠捕捉到各種塑料微顆粒。我們希望創造出模仿糾結海藻所做的結構。」研究人員並非僅僅複製海藻的外觀，而是使用可持續的生物聚合物重建其糾結的結構。

維列夫表示，這種網狀材料是由取自海藻的醣類聚合物藻酸鹽和來自甲殼類動物殼的幾丁糖製成。

該網絡具有高度多孔的結構，外覆有極細的幾丁糖纖維，這些纖維由柔軟的樹狀膠體組成。這些結構不斷分支成更細的纖維，最終形成如絨毛般的納米纖維冠。這種結合創造出一種看似蓬鬆的網狀物。該結構允許柔軟的樹狀膠體幾乎粘附於任何表面，並能夠直接從水中捕捉聚合物微顆粒和納米顆粒。網狀材料中的較大開口能物理捕捉較大的塑料碎片，而絨毛納米纖維的包覆則能附著於那些通常會通過傳統過濾器的小顆粒。

測試結果與應用潛力

在概念驗證測試中，這種新網狀材料成功捕捉了實驗室生產的納米顆粒和從水中收集的實際微塑料。該材料在淡水和鹹水中均有效，顯示出其在各種水域環境中的潛力。維列夫解釋道：「最終你會得到一個看起來像蓬鬆網的結構。」該結構的「網」部分能夠捕捉到較大的塑料微顆粒，尺寸為一毫米或更大。這種網狀材料的一個主要優勢是其能夠捕捉從約五毫米到幾十納米的超廣尺寸範圍的顆粒，這可能取代多個用於捕捉不同尺寸顆粒的過濾系統。

此外，如果網狀材料充滿塑料垃圾，則可能通過微生物消化進行回收。

由於網狀材料及其捕捉的內容物都可以進行生物處理，這種方法有助於分解可生物降解的材料及收集的微塑料，並可能產生原材料來製造新的清理網。維列夫在一份新聞稿中總結道：「我們已經證明這種設計是可行的，並且我們使用的材料來源於自然，且相對便宜。」該研究已發表在《科學進展》期刊上。

新材料對塑料污染的潛在影響

這種新型可生物降解網狀材料的研發，標誌著對抗微塑料污染的一個重要進展。微塑料已成為全球水域污染的主要問題，影響生態系統及人類健康。該材料的多功能性和可持續性，提供了一種有效的解決方案，能在不同水域環境中運作，並能夠捕捉多種尺寸的塑料顆粒。通過自然材料的應用，這項技術不僅有助於清理水域，還能促進環境保護與資源回收，對未來的環保技術發展具有重要意義。