二氧化锰引发的依赖于晶面的加替氟沙星降解：电子转移的主导作用

《Journal of Hazardous Materials》：Facet-dependent gatifloxacin degradation triggered by manganese dioxide: The dominating role of electron transfer

本研究通过调节水油乳液内部相体积分数（85%-96%），采用高内相乳液模板法成功制备出低密度（0.093 g/cm3）、高吸油能力（11.4-15.8 g/g）的可降解PCL泡沫。该泡沫具有多尺度孔结构（4.5-130.6 μm），表现出优异的油水分离性能和超过10次的循环吸附稳定性，同时具备环境友好特性，可有效处理油性废水及化学泄漏问题。

　　油污废水对生态环境构成了重大威胁，因此对于具有卓越吸油能力的环保材料的需求日益增长。这类材料不仅需要具备高效的吸油性能，还应满足可降解、可回收等环境友好特性，以减少对环境的二次污染。在本研究中，科学家们通过调控高内相乳液（HIPE）的内相体积分数，成功制备出一种基于聚己内酯（PCL）的可降解泡沫材料，其密度仅为0.093 g/cm3，吸油量高达14.2 mL/g，展现出良好的应用前景。

HIPE是一种由两种不相溶液体组成的混合体系，其中分散相的体积分数超过74.05%。在HIPE模板法中，连续相围绕分散相液滴进行聚合，形成高度多孔的聚合物材料，即聚HIPE（polyHIPE）。这种技术的优势在于能够实现对泡沫结构的精确控制，同时具备简单加工和良好的可扩展性。然而，HIPE体系的稳定性是一个关键挑战，尤其是在提高内相体积分数以增强吸油性能时，容易出现液滴聚并、分相等现象，影响最终材料的结构和性能。

为了克服这一问题，研究团队深入探讨了HIPE体系中引发剂和表面活性剂的作用机制，从而实现了在内相体积分数范围85%至96%之间的稳定HIPE形成。这一突破不仅提升了泡沫的吸油能力，还使得泡沫的孔隙结构可以被精确调控。当内相体积分数达到95%时，所制备的泡沫具有多尺度孔隙结构（孔径范围为4.5至130.6微米），并表现出对多种油类和有机溶剂的高吸收能力，吸收量可达11.4至15.8 g/g。这种泡沫不仅具备出色的吸油性能，还能在10次吸油-脱附循环中保持稳定的性能，显著提高了其在实际应用中的可持续性。

此外，该泡沫的疏水性使其在油水分离方面表现出色。疏水性意味着材料对水具有排斥作用，而对油则具有亲和力，这种特性使其能够高效地吸收油类物质而不被水污染。这种多尺度孔隙结构不仅增加了泡沫的比表面积，还改善了孔隙之间的连通性，从而提升了吸油效率和油水分离能力。相比于传统的吸油材料，如天然材料（如木屑、稻壳、沸石）和无机材料（如活性炭、活性氧化铝），这些材料虽然在成本和环保性方面具有优势，但其吸油能力和选择性往往不足，且在再生过程中存在一定的困难。相比之下，有机材料如聚氨酯泡沫、海绵和磁性多孔聚合物则表现出更高的吸附效率和更好的选择性，但其环境兼容性和加工复杂性限制了其广泛应用。

研究团队所开发的泡沫材料在解决油污废水污染问题上展现出巨大潜力。首先，其高吸油能力和良好的循环性能使其能够在实际操作中多次使用，减少了对新材料的需求，降低了成本。其次，泡沫的可降解性使其在使用后能够自然分解，避免了传统塑料吸油材料在处理后可能造成的环境污染。这种材料的开发不仅有助于解决当前的油污废水问题，也为未来可持续发展的环保材料提供了新的思路。

在材料的选择方面，研究团队采用了多种化学试剂和生物材料。例如，2-乙基己基丙烯酸酯（2-EHA，纯度≥99%）作为油相的主要成分，提供了良好的化学稳定性和可加工性。而Span 80（山梨醇单油酸酯）作为表面活性剂，有效防止了液滴聚并，确保了HIPE体系的稳定性。此外，还使用了正己烷（C?H??，分析纯）、航空煤油（试剂级）、蛋白酶K（P109033）等材料，以进一步优化泡沫的性能和降解特性。这些材料的选择不仅考虑了其化学性质，还兼顾了成本效益和环境友好性，使得最终产品在实际应用中更具可行性。

在实验过程中，研究团队通过调整内相体积分数，实现了对泡沫结构的精确调控。内相体积分数的增加不仅提升了泡沫的吸油能力，还改善了孔隙的连通性，从而增强了材料的吸油效率。然而，内相体积分数的提升也带来了HIPE体系稳定性的挑战，研究团队通过引入合适的引发剂和表面活性剂，成功克服了这一难题。这种优化策略使得泡沫材料能够在高内相体积分数下保持稳定的结构，为后续的吸油性能测试和实际应用提供了坚实的基础。

泡沫材料的吸油性能测试结果显示，其在不同粘度的油类和有机溶剂中均表现出优异的吸收能力。这种性能的广泛适用性使其能够应对多种类型的油污废水污染，包括原油泄漏、化工废液等。同时，泡沫的疏水性确保了其在吸收过程中不会被水污染，从而提高了材料的回收率和再利用价值。这种特性在实际应用中尤为重要，因为油污废水通常混杂着大量水分，传统的吸油材料容易因吸水而降低吸油效率。

在环境影响方面，该泡沫材料的开发具有重要的意义。首先，它能够有效处理油污废水，减少对水体和土壤的污染。其次，其可降解性意味着在使用后不会产生持久的塑料垃圾，避免了传统吸油材料在处理后的环境负担。此外，泡沫材料的制备过程相对简单，减少了生产成本和能源消耗，进一步增强了其环境友好性。这些优势使得该泡沫材料成为解决油污废水污染问题的理想选择。

从材料科学的角度来看，这种泡沫的制备方法具有一定的创新性。传统的泡沫材料制备方法，如溶剂铸造、静电纺丝、冷冻干燥和气体发泡等，往往难以实现对孔隙结构的精确控制。而HIPE模板法通过调控内相体积分数，能够在宏观尺度上实现对泡沫结构的调控，从而满足不同应用场景的需求。这种方法不仅适用于PCL材料，还可能拓展至其他可降解聚合物，为未来环保材料的开发提供了新的方向。

综上所述，这项研究通过深入探讨HIPE体系的稳定性机制，成功开发出一种具有多尺度孔隙结构、高吸油能力和良好循环性能的可降解泡沫材料。该材料在处理油污废水方面展现出巨大的潜力，同时其可降解性和环境友好性也为解决塑料污染问题提供了新的思路。随着环保意识的不断提升，这类材料有望在未来得到更广泛的应用，为实现可持续发展目标做出贡献。