设计自驱动微机器人实现微纳塑料去除

本报讯（记者朱汉斌）近日，暨南大学化学与材料学院副教授王吉壮、教授李丹团队与香港大学教授唐晋尧团队合作，设计出一种基于离子交换获得自驱动力的微机器人（SMR），用于去除水体中的微纳米大小的塑料（统称微纳塑料）颗粒。相关研究发表于《科学进展》。 　　近年来，微纳塑料污染已成为全球陆地和海洋生态系统的巨大威胁。人类急需开发新型高效的处理技术来解决微纳塑料污染问题。微纳机器人又称人工活性胶体，利用它实现微塑料去除，可以为环境保护开辟一条新途径。 　　该工作中，研究人员设计出的SMR可用于去除水体中的微塑料和纳米塑料。SMR由超顺磁性四氧化三铁纳米粒子功能化的离子交换树脂微球组成，利用与环境中杂质离子交换的能量实现自驱动，无须额外能量输入，同时扩散泳引起的长程电渗流大大提高了对微纳塑料的吸附范围，从而实现了水体中微纳塑料的高效吸附去除。　　SMR无须设计非对称结构，大大降低了制备成本；同时长程吸附能够拓展动态吸附范围，提高吸附去除效率；材料具有非常高的循环稳定性，在100次循环处理中显示了超过90%的去除效率。 　　该研究设计的SMR具有工艺放大的可行性。在模拟的微型工厂中，SMR可通过磁铁进行收集和转移，并且与现有的污水处理工艺直接耦合，仅需增加正常污水处理成本的1.5%，具有极大的工业应用潜力。在这个微型装置中，微纳塑料污染水可持续进入吸附池被SMR吸附，然后在脱附池进行微纳塑料的洗脱和富集。在未来的实际工业应用中，也可设计通过电磁铁进行SMR的收集与转移，通过可编程自动化控制系统，促进整个处理流程的优化。 　　该研究设计的基于微纳机器人的动态吸附技术具有结构简单、可大规模制备、成本低、无须化学驱动“燃料”输入以及可工艺放大等优势，为工业化去除、分离微纳塑料提供了一个极具应用潜力的全新策略。