基于蟹壳源天然甲壳素/蛋白质纳米纤维构建环境修复用绿色水凝胶/气凝胶的创新研究

本研究针对环境修复材料的高成本与复杂制备问题，通过盐酸解离-超声/高压均质技术从蟹壳中高效提取甲壳素/蛋白质纳米纤维(Chitin/protein nanofibrils)，回收率达94%。创新性采用酸性/碱性气相凝固与冰模板交联技术构建多功能凝胶材料，所得气凝胶对水/泵油/肉桂油的吸附容量分别达840.0±84.2 g/g、168.8±8.9 g/g和183.1±2.6 g/g，为低成本环境治理提供了新方案。

　　

随着海洋废弃生物质堆积和有机污染物治理需求激增，如何将甲壳类废弃物转化为高效环境修复材料成为研究热点。传统方法存在提取效率低、材料功能单一等问题，而现有气凝胶制备工艺复杂且成本高昂。南京林业大学Liang Liu团队在《Biomacromolecules》发表的研究，开创性地从蟹壳中提取天然甲壳素/蛋白质复合纳米纤维(Chitin/protein nanofibrils)，通过绿色工艺构建出性能卓越的吸附材料。

研究采用100 mM盐酸结合超声/高压均质技术处理脱钙蟹壳，关键步骤包括：酸性条件下调控纳米纤维表面氨基酸电荷分布，利用冰模板法构建三维多孔结构，并通过甲醛交联固化网络。实验系统考察了温度、时间等参数对纤维尺寸的影响规律。

【纳米纤维制备与表征】
通过优化水解条件实现94%的甲壳素回收率，电镜显示酸性氨基酸增加显著增强纤维在pH<7时的分散性，静电排斥作用使纤维直径控制在纳米级。

【凝胶构建机制】
发现蛋白质组分能与甲醛高效交联，酸性/碱性气相凝固技术诱导纤维自组装，冰模板法形成具有分级孔道的水凝胶，经冷冻干燥获得超轻气凝胶。

【吸附性能测试】
材料展现超常吸附能力：对水的吸收达840.0±84.2 g/g，源于丰富的亲水基团；对泵油(168.8±8.9 g/g)和肉桂油(183.1±2.6 g/g)的吸附则依赖疏水蛋白组分和微纳分级结构。

结论部分指出，该研究首次实现甲壳素/蛋白质纳米纤维的协同利用，相比纯甲壳素材料吸附性能提升3-5倍。方法学突破体现在：①利用废弃生物质降低成本；②气相凝固技术避免有机溶剂污染；③冰模板法简化制备流程。讨论强调，材料在海洋溢油处理、重金属吸附等领域具应用潜力，其生物降解性更符合可持续发展需求。研究为生物质高值化利用提供了普适性策略，被期刊评为"将实验室创新推向工业化应用的典范"。