《Separation and Purification Technology》：POSS-bridged immobilization of soy protein on nonwovens for dye adsorption
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POSS-SH 作为一种分子桥梁，能够将 SPI 稳定地固定在不织造基底上。
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在保持非
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POSS-SH 作为一种分子桥梁，能够将 SPI 稳定地固定在不织造基底上。
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在保持非织造材料固有孔隙结构的同时，实现了稳定的蛋白质涂层。
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这种经过 SPI 功能化的吸附剂具有良好的水稳定性、可重复使用性和高效的染料去除性能。
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该固定平台适用于多种天然和合成纤维基底。
引言
纺织和染色过程会产生大量含有染料的废水，这些废水颜色深、难以降解且具有毒性，对水环境人类健康构成威胁。废水处理的常见方法包括絮凝、吸附、氧化还原反应、膜分离、生物降解和催化 [1]。其中，吸附方法因其操作简便、效率高、成本相对较低以及适用于多种水系统中而受到广泛认可 [2]。近年来，随着各国对可持续和低碳技术的重视，人们越来越关注开发绿色、可再生、可回收且对环境友好的净水吸附剂 [3], [4]。
蛋白质资源可从农业、食品和工业废弃物中以较低的成本获得，它们具有丰富的化学功能性和生物相容性，使其成为去除污染物的理想选择 [3], [4]。大豆蛋白分离物（SPI）因其供应充足、成本低且含有大量活性氨基酸残基而特别有吸引力 [5]。在 SPI 的氨基酸残基中，色氨酸尤其值得关注，因为其化学活性吲哚结构在蛋白质展开后更容易被接触，为共价表面功能化提供了潜在位点 [6], [7]。先前的研究已将 SPI 制成薄膜 [8]、纤维 [9]、水凝胶 [10] 和静电纺丝膜 [11]，用于环境、生物医学和食品包装等领域。然而，用于水处理的纯蛋白质膜材料仍面临回收困难、机械强度不足以及在水中易膨胀或溶解等问题 [5]。
将蛋白质与基底结合是提高吸附剂回收效率和机械强度的有前景的方法。非织造织物（NWFs）结合了固有的孔隙性、低制造成本和高生产效率，广泛应用于过滤、医疗和防护领域 [12], [13]。功能修饰进一步扩展了其用途，使其可用于传感、污染物捕获和环境修复 [14]。然而，关于蛋白质功能化 NWFs 的研究相对较少。大多数报道的方法依赖物理沉积或其他非共价相互作用将蛋白质层附着在纤维表面。这样的涂层通常与基底的附着力较弱、沉积控制不佳且覆盖不均匀，容易在局部堆积，堵塞 NWFs 的天然孔隙并破坏其功能性孔结构。因此，在保持基底孔隙性的同时实现均匀、耐用的涂层仍是一个科学挑战 [15]。
多面体寡聚硅氧烷（POSS）为这一问题提供了可行的解决方案。POSS 分子的纳米结构由刚性硅氧烷笼组成，可以通过化学可控的有机取代基进行改性，具有优异的化学稳定性、机械强度、热稳定性和疏水性 [15]。结构刚性和合成多样性的结合使其能够在界面工程 [16]、表面功能化 [17] 和聚合物增强 [18] 中得到应用。除了作为反应性耦合基团外，POSS 分子还可以在纳米尺度上影响涂层形态和表面结构 [19], [20]。硫醇功能化的 POSS 尤具吸引力，因为硫醇基团可以与适当的不饱和基团发生光诱导的巯基-烯反应，在温和条件下实现高效的界面共价耦合 [21]。
尽管基于蛋白质的吸附剂和通过 POSS 进行的表面改性已得到了广泛研究，但将其整合到多孔纤维基底上固定蛋白质的通用策略却鲜有关注。鉴于色氨酸吲哚结构的化学反应性，SPI 可能为与硫醇功能化分子的相互作用提供潜在位点 [22]。
在本研究中，我们探索了使用 POSS-SH 作为分子桥梁，促进 SPI 在纤维基底上的固定，旨在提高涂层稳定性的同时保持基底的孔隙结构。选择了超细聚酯非织造布（UFP）作为模型基底，以评估涂层形成、结构特性、水稳定性和染料吸附性能。结果表明，改性的 SPI/UFP 保留了非织造网络的固有孔隙结构，同时提高了机械性能和表面粗糙度，并具有良好的水稳定性。此外，这种固定方法可以轻松扩展到棉、羊毛和聚酯基底上，在不同纤维基底上产生相对均匀的 SPI 涂层。这些结果证明了所提出策略适用于多种天然和合成纤维，并为将可再生植物蛋白与纤维基底结合用于净水应用提供了实用方法 [23]。
章节片段
POSS-SH 的合成
POSS-SH 是通过酸水解反应制备的 [22]。将 MPTS（15 mL）、甲醇（330 mL）和盐酸（30 mL）加入装有水冷冷凝器的 500 mL 试剂瓶中，在 90°C 下氮气氛围下连续搅拌 24 小时，生成白色粘稠的 POSS-SH 产物。将所得粗产物溶解在四氢呋喃（THF）中，然后缓慢加入到冷乙腈中以诱导...
SPI/UFP 的制备和表面表征
图 1 显示了制备程序的步骤。首先，用碱对 UFP 基底进行预处理以生成表面羟基。然后通过酯化反应将 L-半胱氨酸共价连接到纤维上，形成一层牢固的悬挂硫醇（-SH）基团（标记为 CYS/UFP）。接下来，通过氧化硫化物耦合将 POSS-SH 接枝到硫醇功能化的纤维上，作为结构模板（标记为 POSS/UFP）。最后，将 SPI 固定在纤维表面...
结论
本文提出了一种将大豆蛋白分离物固定在不织造基底上的通用策略，使用 POSS-SH 作为分子桥梁。该固定方法能够在保持纤维基底固有孔隙结构的同时，形成均匀且稳定的蛋白质涂层，解决了基于蛋白质的吸附剂的关键局限性，即同时提高了涂层稳定性和基底孔隙性。结果表明，改性的 SPI/UFP 具有更好的结构性能...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者衷心感谢 国家自然科学基金（资助编号：22378057）和 东华大学 2025 年学科创新培育项目（资助编号：xkcx-202515）的财政支持。
Jiawen Zhang | Ruiyan Ni | Zijian Dai | Yi Zhao
