《Nature》：新型高分子环糊精化合物快速除去水中污染－比活性碳强200倍

作为近年来老百姓生活中无法回避的问题，各种污染已经成为我们周围环境中挥之不去的存在。所以寻找能够清除空气和水中污染的材料，是科学家一直致力的目标。

在清除空气中污染方面，宝洁公司的“纺必适”空气清新剂很受欢迎，它利用玉米淀粉的衍生物来捕获家庭里空气中看不见的污染物，并能祛除异味。

最近，美国康奈尔大学的一个研究团队利用“纺必适”中的除污材料环糊精，研发出一种可以彻底改变水净化行业的技术。

该团队由化学与化学生物学副教授Will Dichtel领导，他也是2015年麦克阿瑟"天才奖”获得者。他的研究小组发明了一种多孔状环糊精，能够以比传统的活性炭高得多的吸附速率吸收污染物，在某些情况下其吸附速率甚至比后者高200倍。

与之前的环糊精聚合物相比，活性炭具有较大的表面积，这样能够有更多的表面来吸附污染物，”Dichtel说，但活性碳对于污染物的吸附力却不如环糊精。

“我们所做的是制造出基于环糊精的第一种高表面积的材料，”Dichtel说，“这结合了活性炭与环糊精两者的优势。当你把这两种材料的最佳特性结合起来，你就会得到一个比这两种物质更好的材料。

“这些材料将能够在水流通过的几秒钟内去除其中的污染物，”他说，“因此它有潜力成为一个低能耗、流水式的净化装置，这将解决一个大问题。”

更重要的是，含有环糊精聚合物的再生过程更简单，也更便宜，因此它可以多次重复使用，且不会减弱性能。

这个经历了大约18个月的研究工作的结果被发表在《Nature》杂志上。（Rapid removal of organic micropollutants from water by a porous β-cyclodextrin polymer. Nature., 2015, doi:10.1038/nature16185）

这项工作由美国国家科学基金会（NSF)通过可持续聚合物中心支持，这个中心汇集了来自康奈尔大学、明尼苏达大学和加州大学伯克利分校的一个多元化的研究团队，旨在从可持续的非石油来源中发现高性能材料。

这项研究在获得NSF资助之后不久就开始了。很快Dichtel的团队就确定了环糊精聚合物的净水功能。在花了几个月的时间对这种材料进行分析后，Dichtel与土木与环境工程系的助理教授Damian Helbling开始合作。Helbling的研究集中于水质以及水质与人类和生态系统的健康之间的关系。

“我在去年一二月份研究初级阶段只是一名顾问，”作为文章共同作者的Helbling说。“他们说，‘我们的这种聚合物可以做这件事（净水），它在水的质量控制方面可以有什么应用？’”

Helbling指出，他的研究小组用了一种Dichtel实验室没有尝试的方式来测试这种聚合物，看它是否会在与现实世界一致的低浓度下吸附各种污染物的混合物。

“[我们的贡献是]证明，即使在与真实环境类似的条件下，他们观察到的（净水）现象是可以重复的。事实也确实如此，”Helbling说。

可回收是环糊精聚合物的另一个优点，Dichtel说道。活性炭过滤器必须经历强烈的热处理才能再生，而环糊精过滤器可以在室温下用甲醇或乙醇进行洗涤。而在环糊精再生后并未观察到性能的减弱，Dichtel说。

Dichtel，获得的麦克阿瑟基金会“天才奖”将达到五年62.5万美元。他说，将把奖金的一部分用于进一步研究环糊的净化水技术，并为最终大规模制造产品搭建平台。

“传统上，在实验室发现和生产出对现实世界里的人们有用的产品之间，有难以弥合的差距，”他说。“因此，有完全不受限制支持，可以根据实际需要使用，才是真正有价值的。”

Dichtel对其团队的技术在水净化行业中的潜在价值充满了兴奋之情。“还有很多事情要去做，还有一些未知的东西，但一切看起来相当有希望，”他说。

1. http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature16185.html  

2. http://phys.org/news/2015-12-polymer-breakthrough-revolutionize-purification.html