文章图片

“我必须是你近旁的一株木棉 ， 作为树的形象和你站在一起 。 根 ， 紧握在地下；叶 ， 相触在云里 。 每一阵风过 ， 我们都互相致意 。 ”很多人都学过诗人舒婷的《致橡树》 。 该诗发表于 1979 年 ， 不少北方同学对于木棉花的第一印象 ， 亦从这里开始建立 。 几十年后 ， 英国曼彻斯特大学科学与工程学院刘旭庆教授和天津工业大学刘雍教授合作 ， 以木棉树为灵感研发出一款绿色净水材料 ， 其具备超 80% 的分解效率、以及优良的耐久性 。

文章图片
图 | 木棉树（来源：Pixabay）
只需照射 2 小时 ， 光降解性能即可提至 90% 以上

文章图片

当给该材料掺杂还原氧化石墨烯、并让其改性之后 ， 在 21.85 W/dm2的光功率下 ， 只需照射 2 小时 ， 光降解性能即可提至 90% 以上 。
为何刘旭庆会把木棉树作为研究对象？这是因为木棉开花后会形成木棉絮 ， 棉絮中的纤维具备独特的中空结构 ， 中空率能达到 86% 以上 ， 并具备柔软、光滑、质轻、不易缠结、不霉不蛀等特性 ， 是理想的吸收材料 。

文章图片
图 | 刘旭庆（来源：刘旭庆）
但是 ， 木棉纤维的抱合力差 ， 长度上也够不着可纺长度 ， 因此无法成为单独的纺织材料 ， 此前一般多作为填充材料使用 ， 严格意义来讲它算是一种废料和空气污染物 。
而把它制成绿色净水材料 ， 堪称“以废治废”“以污治污” 。 审稿人也认为该成果非常有趣 ， 即使用传统观念上的植物废料来治理废水 ， 利用木棉絮纤维表面的化学修饰构建出一个纤维表面的微平台 ， 从而在纤维表面制备半导体颗粒 。
2 月 21 日 ， 相关论文以《超薄中空纤维负载交织的氧化锌用于紫外光辅助的污染物降解》（Entangled ZnO on Ultrathin Hollow Fibers for UV-Aided Pollutant Decomposition）为题 ， 发表在 ACS-applied materials & interfaces 上 。

文章图片
（来源：ACS-Applied Materials & Interfaces）
其研究背景在于 ， 近年来由于纺织、纸张或其他工业制造业的污染物 ， 水溶性有机污染物的增加严重影响了环境 。 将受污染的水释放到生态系统中 ， 对水生生物来说将是一场巨大的灾难 。
因此 ， 水溶液中的污染去除系统需要新的发展 。 越来越多的人正通过吸附过程和化学混凝技术 ， 来减少污染和控制水污染 。 然而 ， 传统吸附技术只能将有机污染物从水转移到固体基质上 ， 这会导致二次污染 ， 且需要进一步处理 。
光催化是一种环保的污染物降解方法 ， 在温和的反应条件下 ， 利用太阳能激活催化过程 。 主要的光催化剂有氧化锌 （ZnO）、氧化钛 （TiO?）、氧化锡 （SnO?）、氧化锆 （ZrO?）、和氧化铜 （CuO） ， 它们已被作为光诱导氧化还原过程的增敏剂进行了广泛研究 。
在这些金属氧化物中 ， 氧化锌是一种无毒且相对经济有效的 n 型半导体 ， 其宽带隙为 3.37eV ， 高结合能高达 60MeV 。 更重要的是 ， 它是一种可调谐材料 ， 对紫外光敏感 ， 还可通过掺杂金属、或其他材料来提高其光催化性能 。