仿生莲茎定向通道结构氧化石墨烯/胶原复合气凝胶的制备及其对亚甲基蓝染料的高效毛细吸附

纺织工业有机染料污染对生态系统构成严重威胁，亟需开发高效吸附材料。武汉纺织大学研究团队受莲茎多孔结构和胶原(COL)自组装行为启发，通过定向冷冻干燥技术制备了氧化石墨烯(GO)/COL复合气凝胶。该材料凭借强界面相互作用和定向通道结构，展现出优异的结构稳定性和毛细效应，对亚甲基蓝(MB)染料具有快速吸附能力，吸附容量达543.4 mg/g，为纺织废水处理提供了新型环境友好型吸附剂。

　　

纺织工业排放的有机染料废水对水环境造成持久性污染，其中亚甲基蓝(MB)等阳离子染料难以降解，传统吸附材料如活性炭存在分离困难、吸附速率慢等问题。氧化石墨烯(GO)虽具有高比表面积和丰富官能团，但易团聚失活；而动物组织废弃的胶原(COL)资源利用率不足5%。如何整合两者优势开发高效吸附剂，成为当前研究难点。

武汉纺织大学Chengfei Yue团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，通过仿生莲茎的定向通道结构和COL的自组装特性，创新性地制备了GO/COL复合气凝胶。关键技术包括：利用原子力显微镜(AFM)观测pH依赖的COL在GO表面自组装行为，通过定向冷冻干燥构建仿生通道结构，结合FTIR和XPS分析界面相互作用机制。

Morphology of self-assembled COL fibrils on GO surfaces
AFM显示在pH 4.0时COL原纤维优先吸附于GO边缘含氧基团区域，形成纳米级网状结构，这种pH依赖性自组装源于GO两亲性与COL分子可调电离特性的界面相互作用。

Conclusions
研究成功构建了具有定向通道的GO/COL复合气凝胶，其创新点在于：1）通过COL在GO表面的原位自组装形成强界面结合，使抗压强度提升3倍；2）仿莲茎的定向通道产生毛细效应，MB吸附速率较传统气凝胶提高60%；3）最大吸附容量达110.9 mg/g，5次循环后保持90%效率。该研究为生物质废弃物高值化利用和染料废水治理提供了新思路，兼具环境友好性与工业化应用潜力。