【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院劉公巖教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京大學(xué)陳朝見(jiàn)研究員團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》在線發(fā)表了題為“Collagen-Derived Nanoconfined Catalytic Membranes for Highly Efficient Water Remediation”的研究論文。我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生趙鵬為論文第一作者，劉公巖教授和南京大學(xué)陳朝見(jiàn)研究員為共同通訊作者，四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院為論文第一通訊單位。
 

圖1 膠原基限域催化膜制備示意圖
 

　　隨著全球人口增長(zhǎng)與制藥業(yè)快速擴(kuò)張，廢水中抗生素等新興污染物的檢出頻率與濃度不斷攀升。這類(lèi)污染物具有顯著的環(huán)境持久性，難以通過(guò)自然過(guò)程實(shí)現(xiàn)有效降解，即便在痕量濃度下，仍會(huì)誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生耐藥性，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)安全與公共健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。活性炭吸附、紫外線消毒等傳統(tǒng)污水處理技術(shù)，因?qū)@類(lèi)難降解污染物的去除效率有限，難以滿足實(shí)際處理需求。當(dāng)前研究中，芬頓法等高級(jí)氧化技術(shù)雖可通過(guò)生成活性氧(reactive oxygen species, ROS)實(shí)現(xiàn)此類(lèi)污染物的降解，但這類(lèi)技術(shù)往往需在反應(yīng)體系中投加大量化學(xué)藥劑，且存在活性成分壽命短、催化劑易團(tuán)聚失活等問(wèn)題，導(dǎo)致反應(yīng)效率與處理經(jīng)濟(jì)性受限。納米限域催化膜(nanoconfined catalytic membranes, NCM)的出現(xiàn)為破解這一難題提供了新思路：該類(lèi)膜材料通過(guò)將納米催化劑限域于多孔基體中，不僅能有效抑制催化劑團(tuán)聚，還可強(qiáng)化 ROS 與污染物的界面相互作用，從而實(shí)現(xiàn)污染物的連續(xù)高效去除。然而，納米限域催化膜的規(guī)模化應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)：其一，復(fù)雜的制備工藝與高昂的生產(chǎn)成本，限制了其實(shí)際推廣；其二，傳統(tǒng)聚合物基 NCM 易出現(xiàn)孔道堵塞、催化劑流失等穩(wěn)定性問(wèn)題，且其石油基材質(zhì)也帶來(lái)了環(huán)境兼容性與可持續(xù)性方面的深層擔(dān)憂。
 

　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院劉公巖教授聯(lián)合南京大學(xué)陳朝見(jiàn)研究員，基于在皮膠原基功能材料領(lǐng)域的前期探索(Nat. Commun. 2025, 16, 6823; Mater. Horiz., 2022, 9, 1309; Water Res. 2022, 218, 118469)，首次利用制革過(guò)程中的膠原纖維網(wǎng)絡(luò)(軟化后的皮膠原)作為骨架，成功構(gòu)建了納米限域催化膜(圖1)。研究開(kāi)發(fā)的膠原纖維網(wǎng)絡(luò)(Collagen fiber networks, CFN)具有優(yōu)異的機(jī)械韌性、柔性和親水特性，兼具可再生性與環(huán)境相容性，是理想的膜材料基材。然而，天然膠原纖維易聚集為粗大纖維束，導(dǎo)致活性位點(diǎn)少、傳質(zhì)效率低。本研究通過(guò)機(jī)械分散將膠原纖維解離為納米原纖維，并結(jié)合單寧酸功能化，構(gòu)建出高孔隙的納米空腔結(jié)構(gòu)，在提升水通量的同時(shí)暴露出豐富的官能團(tuán)，用于穩(wěn)定負(fù)載催化劑。在單寧酸介導(dǎo)的仿生礦化作用下，在膠原纖維表面穩(wěn)定錨定鐵基納米催化劑，有效促進(jìn)活性氧生成，并加速類(lèi)芬頓反應(yīng)進(jìn)程。尤為重要的是，本研究揭示了空間限域效應(yīng)對(duì)催化反應(yīng)的協(xié)同增效機(jī)制，顯著提升了催化降解效率，從而奠定了膠原基膜作為一種高效、可持續(xù)的先進(jìn)水凈化材料平臺(tái)。
 

　　本研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(22378281)、四川省科技項(xiàng)目(2025YFHZ0299)、四川大學(xué)-自貢市合作項(xiàng)目(2024CDZG-6)、以及四川大學(xué)工科特色項(xiàng)目-無(wú)鉻皮革制造等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。