中國(guó)科學(xué)院理化所實(shí)現(xiàn)采用納米結(jié)構(gòu)微球，從廢水中回收有機(jī)染料。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的論文，該實(shí)驗(yàn)室的研究院人員提出了一種全新的表面異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)化顆粒全分散策略，制備了全分散的親水-疏水異質(zhì)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(yōu)異性能，并實(shí)現(xiàn)了從廢水中回收有機(jī)染料。

團(tuán)隊(duì)提出了乳液界面聚合合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)微球的新方法，并在其高效分離應(yīng)用上取得了一系列創(chuàng)新性成果涂料在線coatingol.com。

發(fā)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(xué)組成、孔隙、表面納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)微球，實(shí)現(xiàn)了復(fù)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(huán)腫瘤細(xì)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(gòu)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?；谶@些研究成果，受邀撰寫(xiě)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(zhì)微球表面具有交替的親水、疏水成分（圖1），這種結(jié)構(gòu)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(jī)溶劑）、低極性溶劑（辛烷等油性有機(jī)溶劑）的鋪展。

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

利用這種獨(dú)特的全分散性，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種從含有機(jī)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(guò)過(guò)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(jī)溶劑中實(shí)現(xiàn)染料的脫附，通過(guò)過(guò)濾得到溶解了染料的有機(jī)溶劑，染料通過(guò)蒸餾被回收，同時(shí)微球被循環(huán)利用（圖3）。

親水-疏水異質(zhì)微球?yàn)橛袡C(jī)染料的回收提供了一類很有前景的材料。回收有機(jī)染料的過(guò)程中，只需加入有機(jī)溶劑，無(wú)需加入含有無(wú)機(jī)酸、堿或鹽的洗脫液。有機(jī)溶劑很容易通過(guò)簡(jiǎn)單的蒸餾從染料中去除，避免了去除無(wú)機(jī)酸、堿和鹽的復(fù)雜步驟。這類材料在環(huán)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(cè)等復(fù)雜樣品的分離分析領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

研究成果以Heterostructure particles enable omnidispersible in water and oil towards organic dye recycle為題發(fā)表在Nature Communications雜志上，宋永楊研究員（中國(guó)科學(xué)院理化所）和周嘉嘉教授（華南理工大學(xué)）為論文第一作者，王樹(shù)濤研究員（中國(guó)科學(xué)院理化所）為論文通訊作者。江雷研究員（中國(guó)科學(xué)院理化所）、梁鑫淼研究員（中國(guó)科學(xué)院大連化物所）、李秀玲研究員（中國(guó)科學(xué)院大連化物所）、朱忠鵬研究員（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州高等研究院）等對(duì)該工作給予了指導(dǎo)和幫助。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。

圖1.親水-疏水異質(zhì)微球的表征。該團(tuán)隊(duì)利用前期發(fā)展的乳液界面聚合合成方法，合成了親水-疏水異質(zhì)微球，并通過(guò)透射電子顯微鏡、光誘導(dǎo)力顯微鏡、原子力顯微鏡等表征，證實(shí)了其表面異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)

圖2.親水-疏水異質(zhì)微球、親水微球、疏水微球的分散性能對(duì)比

圖3.親水-疏水異質(zhì)微球?qū)崿F(xiàn)廢水中染料回收。染料在水中被微球吸附；過(guò)濾分離；微球分散在有機(jī)溶劑中，實(shí)現(xiàn)染料脫附；低溫蒸餾實(shí)現(xiàn)染料回收；微球用于循環(huán)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(jī)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(zhì)微球

來(lái)源：中科院理化所