技術(shù)創(chuàng)新

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Technological Innovation

江蘇師范大學(xué)李海濤教授團(tuán)隊成功合成超薄石墨烯復(fù)合膜

近期，江蘇師范大學(xué)李海濤教授團(tuán)隊成功合成超薄石墨烯復(fù)合膜。采用活性炭與氧化石墨烯的協(xié)同效應(yīng)，這種超輕超薄的石墨烯—活性炭薄膜吸附效率可以達(dá)到99.99%，對于水中抗生素的去除以及水污染處理具有重要意義。相關(guān)研究成果在Nature雜志子刊Scientific Reports上一經(jīng)發(fā)表，就在國際上引起了強(qiáng)烈反響，而石墨烯，也再一次進(jìn)入了人們的視野，引起大家的關(guān)注。

石墨烯，是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯發(fā)現(xiàn)者之一、2010年諾貝爾物理學(xué)獎得主安德烈·海姆說：“它是迄今為止自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，可以被無限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，還可以抵抗很高的壓力。”

石墨烯的另一個奇特之處在于“零滲透”，即所有氣體、液體都無法滲透。它還具有超強(qiáng)吸附性，可以用于制作過濾裝置，用于海水淡化、污水處理等領(lǐng)域，被稱為21世紀(jì)最具顛覆性的新材料。這些突出的性能和廣闊的應(yīng)用前景推動著石墨烯成為最近幾十年來國際材料學(xué)家爭相追逐的研究目標(biāo)之一，其中來自江蘇師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院李海濤教授的研究成果尤其引人矚目。

李海濤教授團(tuán)隊以新型納米材料——石墨烯為中心，通過全新的政、產(chǎn)、學(xué)、研、用、金一體化的協(xié)同創(chuàng)新模式，進(jìn)一步推動復(fù)合石墨烯新材料和新技術(shù)的發(fā)展。

針對水體中抗生素殘留問題，李海濤團(tuán)隊利用氧化石墨烯與活性炭材料之間的協(xié)同作用，成功制備了基于氧化石墨烯的復(fù)合薄膜材料，實現(xiàn)了對飲用水中抗生素物質(zhì)的完全去除。

石墨烯雖然具有傳統(tǒng)材料所不能比擬的優(yōu)勢，但由于較強(qiáng)的范德華力疏水性和易團(tuán)聚的特點，這種先進(jìn)材料的應(yīng)用和發(fā)展被大大限制了。氧化石墨烯的出現(xiàn)則正好解決了上述問題。基于此，李海濤和他的課題組提出充分利用氧化石墨烯與活性炭材料相互作用來改善這一缺陷的設(shè)想，以達(dá)到完全去除水中抗生素物質(zhì)的目的。氧化石墨烯對多種有機(jī)物具有良好的吸附效果，納米活性炭的加入，更是極大提高了石墨烯薄膜材料的吸附能力。

實驗中，該復(fù)合膜對水中殘留鹽酸四環(huán)素TCH分子表現(xiàn)出極強(qiáng)的吸附能力，顯示出良好的過濾效率，所需過濾時間更短，可將抗生素殘留物有效去除至PM濃度的飲用水要求，這為水、空氣、土壤污染治理無疑提供了一種更為簡單、高效的好辦法，為水處理特別是飲用水的凈化處理提供了一種高效濾材。

團(tuán)隊使用石墨烯改性碳材料混合成膜制備出一種高效濾材，并用該高效濾材開發(fā)出一種新型實用霧霾防護(hù)帽和防霾夾克，這一產(chǎn)品不僅可有效吸附和過濾PM2.5顆粒，同時還可以實現(xiàn)對人體頭部的全面防護(hù)，為人們提供了一種更為簡單、快捷、全面，效果更加優(yōu)越的防霾方式，有助于更好地保障人體健康。

李海濤介紹，美國研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)利用氧化石墨烯層將污水變成飲用水的新方法，這可能在全球范圍內(nèi)改變凈水的游戲規(guī)則。我國石墨礦產(chǎn)的資源儲量大，質(zhì)量優(yōu)，產(chǎn)量和出口均居世界首位，但相關(guān)的石墨深加工技術(shù)卻較為落后。加大研發(fā)力度，提高產(chǎn)品附加值已迫在眉睫。

“NaturALL瓶裝聯(lián)盟”共同研發(fā)可再生PET塑料瓶

近日，法國食品巨頭達(dá)能聯(lián)手雀巢，與一家美國科研公司結(jié)成“NaturALL瓶裝聯(lián)盟”，共同研發(fā)以生物材料制成的PET塑料瓶。據(jù)悉，該項目將采用生物質(zhì)原料，無需占用食品生產(chǎn)所需的資源或土地。據(jù)悉，聯(lián)盟三方正積極合作開展相關(guān)研究，不斷提高塑料瓶的生物質(zhì)材料含量，讓“100%生物質(zhì)塑料瓶”不再是夢想。首批新型生物質(zhì)塑料瓶將于2020年投放市場。

目前，聯(lián)盟三方正積極合作開展相關(guān)研究，不斷提高塑料瓶的生物質(zhì)材料含量，達(dá)能和雀巢將為科技公司Origin Materials提供專業(yè)知識、團(tuán)隊和資金支持。預(yù)計，首批新型生物質(zhì)塑料瓶將于2020年投放市場。

“這樣的做法將應(yīng)用于整個食品飲料行業(yè)，將成為科學(xué)領(lǐng)域的一項重大突破。”達(dá)能塑料包材研發(fā)部負(fù)責(zé)人Frederic Joui先生表示，用生物質(zhì)包裝材料來替代傳統(tǒng)石油化工材料的做法是切實可行的。聯(lián)盟將加速研發(fā)100%可再生、可循環(huán)的生物質(zhì)PET塑料并將其投入商業(yè)運作。

實際上，“NaturALL瓶裝聯(lián)盟”的成立只是近年來達(dá)能在“食物資源與水生態(tài)圈”保護(hù)上的一大重要舉措。數(shù)十年來，達(dá)能踐行可持續(xù)商業(yè)模式，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。其工作重心包括：開發(fā)以可再生資源打造而成的新型可循環(huán)包裝解決方案，以及促進(jìn)資源的回收利用。如早在2011年，達(dá)能中國就聯(lián)合世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）提出了“生態(tài)龍門、活力東江”項目的初步想法。在向當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶示范良好的農(nóng)林業(yè)經(jīng)營手段同時，達(dá)能還協(xié)助社區(qū)開發(fā)產(chǎn)品和開拓市場渠道，解決了環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾。

造紙廢物能作為塑料制品的原料

在制造紙張和紙板過程中會產(chǎn)生大量“飛灰”和污泥，盡管有一些能被用作混凝土中的骨料，但大多數(shù)造紙廢物最終被倒入垃圾填埋場內(nèi)。然而這種情況可能即將改變。芬蘭科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其可以被當(dāng)作塑料制品的原料。作為歐盟Reffibre項目的一部分，芬蘭國家技術(shù)研究中心(VTT)的研究人員已進(jìn)行了實驗室測試，表明灰末顆粒和污泥可以取代注塑或擠出塑料復(fù)合材料中50%的聚丙烯。

這種方法不僅可以避免造紙廢物被倒入垃圾填埋場，還能降低塑料制品的生產(chǎn)成本，減少所需聚丙烯的用量。此外，通過調(diào)整灰末顆粒/污泥與聚丙烯的比例，可以調(diào)整塑料的強(qiáng)度、剛度、耐熱性、外觀和表面紋理等特性。

到目前為止，VTT團(tuán)隊已經(jīng)創(chuàng)造了塑料地磚和儲存容器，它們由30%的造紙廢物組成。研究人員表示，造紙廢物也有望被用于制作板條箱和托盤等物品。

日本將全面推廣利樂佳?包裝技術(shù)

據(jù)日媒報道，在日本利樂公司的主導(dǎo)下，日本將全面引進(jìn)利樂佳?包裝技術(shù)，目前正引進(jìn)填充設(shè)備等，預(yù)計2018年大量上市應(yīng)用該利樂佳?包裝技術(shù)的產(chǎn)品。

瑞典利樂公司于1951開發(fā)了紙容器中灌裝牛奶、飲料等液體的技術(shù)，并將相關(guān)技術(shù)推廣到了世界170個國家。利樂公司的主要業(yè)務(wù)之一是向飲料公司、食品公司推廣銷售紙容器灌裝技術(shù)和設(shè)備，1956年日本也引進(jìn)了該技術(shù)。紙容器具有輕便、節(jié)省空間、印刷醒目、使用方便、可再循環(huán)使用等諸多優(yōu)點，因此在飲料為中心的食品行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

2003年利樂公司再一次進(jìn)行了技術(shù)突破，即開發(fā)了利樂佳?包裝技術(shù)。該技術(shù)的重點是在保持紙容器所有優(yōu)點的同時還可進(jìn)行灌裝滅菌等加壓熱處理。以往的紙容器包裝不耐水分、不耐熱，不能使用于吹入100～130度蒸汽的加壓充填滅菌工序中。因此高溫加熱、加壓的食品只能使用金屬罐、玻璃瓶、蒸餾包裝袋等容器。利樂佳?包裝在紙材外添加了3層耐高溫的聚丙烯材料，完全可代替金屬罐、玻璃瓶、蒸餾包裝袋等容器。目前約50個國家、150多個品牌產(chǎn)品采用了該利樂佳?包裝技術(shù)。

戴爾使塑料垃圾變身新包裝

戴爾公司設(shè)立了一個新項目，目標(biāo)是將原本可能流入海洋造成污染的塑料回收，制造成產(chǎn)品包裝。這家總部位于德克薩斯州朗德羅克的公司目前正在海地收集HDPE，為其XPS 13 2-in-1電腦制造新包裝托盤。

這些塑料垃圾在進(jìn)入海洋前就被回收、加工，然后與其他消費后HDPE混合，制造成72克的塑料托盤，在裝船的時候用于放置電腦。受惡劣環(huán)境影響，這些塑料的性能已經(jīng)有所退化，戴爾將25%所回收的塑料與75%標(biāo)準(zhǔn)消費后塑料混合在一起，來制造托盤。“這款新包裝是個首創(chuàng)，展示了海洋塑料也能應(yīng)用于全球業(yè)務(wù)中。”戴爾的供應(yīng)鏈總監(jiān)Kevin Brown說道。戴爾方面表示，該項目將從環(huán)境中((進(jìn)入水域前))收集1.6萬磅塑料。

微生物降解塑料技術(shù)可行性方面取得突破

日前，歐洲一研發(fā)團(tuán)隊在探索微生物降解塑料技術(shù)的可行性方面取得進(jìn)展。研究表明，利用有機(jī)垃圾堆肥結(jié)合微生物降解塑料技術(shù)，可大大提高微生物降解效率，而地理環(huán)境條件也能明顯影響降解效率。

憑借降解技術(shù)上的突破，事實上，新型生物塑料已經(jīng)存在一段時間了。此前，美國一所大學(xué)研究人員研發(fā)出一種新型生物塑料。它不以石油為原料，只需在220℃～300℃的環(huán)境下加熱1小時，就滿足降解條件，并且能在-40℃左右的環(huán)境下再次聚合，完全可回收、可再利用、可被生物分解。該材料研究人員表示，這種新型生物塑料具有更廉價、更容易制造的優(yōu)點。

據(jù)悉，美國一公司研發(fā)出全球首款認(rèn)證的生物可降解淡水魚餌。以往的塑料人造捕魚誘餌會污染水底和沿岸長達(dá)數(shù)十年，新產(chǎn)品在外形上看與傳統(tǒng)產(chǎn)品差異不大，卻內(nèi)有乾坤。主體材料由玉米糖漿、白明膠、鯉科小魚和其他秘密成分加工而成，所有的成分都是可以食用的。魚餌比較黏，散發(fā)出大蒜和小龍蝦的味道，這強(qiáng)烈的味道就是魚餌成功的關(guān)鍵。公司人員介紹，如果魚餌投放到水里，卻沒有被微生物或魚吞食，魚餌在3個星期之內(nèi)就可以完全溶入水中，不會對環(huán)境造成任何污染。以生物降解塑料形式生產(chǎn)這些流行的魚餌將有助于減少漁業(yè)的塑料污染。

除可降解之外，生物塑料還具有其他優(yōu)點，并被用于多種生產(chǎn)領(lǐng)域。英國一鑄工廠商生產(chǎn)的一款生物塑料，具有可塑、無毒的特點。這款材料采用天然的材料萬壽菊，可以用于修補(bǔ)或者直接制作物件，比如斷了把手的螺絲刀、掉了的紐扣等。雖然其形態(tài)與橡皮泥類似，但其強(qiáng)度很大，可用時間比較長。而日本一公司生產(chǎn)的生物基工程塑料則被用于智能手機(jī)的屏幕，這款產(chǎn)品是用植物衍生的硝酸異山梨酯制成的，與傳統(tǒng)工程塑料相比，它具有優(yōu)異的耐沖擊、耐熱和耐氣候性，此外還具有良好的透明度和低光學(xué)畸變。

綠色包裝研究

Green Packaging Research