《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Sustainable and genuinely green dyeing of wool using natural dyes and a bio-mordant derived from
Hippophae rhamnoides L
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•将沙棘的废弃浆果用作生物基媒染剂，为纺织染色提供了比传统金属媒染剂更环保的替代方案。•分子动力学模拟从原子层面揭示了生物媒染剂、天然染料与织物基底之间的结合机制。•沙棘生物媒染剂显著提升了三种测试天然染料的颜色深度与色牢度，展现出良好的实际应用前景。引言随着生活水平提升和环境意
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将沙棘的废弃浆果用作生物基媒染剂，为纺织染色提供了比传统金属媒染剂更环保的替代方案。
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分子动力学模拟从原子层面揭示了生物媒染剂、天然染料与织物基底之间的结合机制。
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沙棘生物媒染剂显著提升了三种测试天然染料的颜色深度与色牢度，展现出良好的实际应用前景。
引言
随着生活水平提升和环境意识增强，绿色纺织市场发展迅猛。合成染料在制造和降解过程中都会造成环境污染，部分合成染料还可能对人类健康构成威胁[1]。相比之下，由于环保特性，天然染料再度受到学术界和工业界的关注[2]。按来源划分，天然染料可分为植物源、动物源和矿物源三类[3]、[4]。其中植物源天然染料占比最高，通常从花卉、果实、茎叶和根系中提取。这类染料具有可生物降解、毒性低且可再生等显著环境优势[5]、[6]、[7]，还能为纺织品赋予抗菌、抗氧化、防晒以及抗炎舒缓等功能[8]、[9]、[10]。然而，其实际应用仍受重复性差、色彩范围有限和色牢度不足等问题的制约[11]，尤其是色牢度不足成为其大规模工业化应用的主要障碍[12]、[13]。而使用媒染剂则是解决这一问题的有效方法。
传统的金属媒染剂多为金属盐，如明矾（硫酸铝钾）、硫酸亚铁和硫酸铜。这些媒染剂能有效提升染色织物的颜色深度和色牢度。例如，Benson Dulo用坚果壳提取物染色羊毛织物，并以FeSO?作为媒染剂，结果发现该染色体系的染料吸收率提高，K/S值也随之上升。Yin则选用脱胶桑丝作为天然染料用于丝绸染色，同时使用SnCl?作为金属媒染剂，使得染色织物的颜色强度提升了14.3%，色牢度也提高了0.5–1.5级[14]、[15]。但金属媒染剂的使用会导致重金属污染，染色过程中会有大量重金属离子释放到环境中，严重破坏自然生态系统，不符合绿色发展要求[16]。Avinash P. Manian的研究表明，当使用铜盐和铬盐作为金属媒染剂时，织物中的重金属离子浓度会超过安全标准[17]。
面对日益严格的全球可持续发展要求和环保法规，来自植物、矿物及其他可再生资源的天然媒染剂逐渐成为传统金属盐媒染剂的环保替代品。这类媒染剂不仅能提升天然染料的染色效果，还能扩展其色彩范围，兼具美观性与生态友好性[18]。例如，有研究者以牛油果种子作为生物媒染剂，在pH值为11时获得了4.4的理想颜色深度，远高于直接染色的2.0。经处理的织物在耐水洗、耐汗渍和耐磨损方面表现也不错[19]。同样，柠檬汁和芋头茎汁也被用作生物媒染剂，能够提升姜黄染棉织物的颜色深度和色牢度，其媒染效果与金属盐媒染剂相当[20]。韩国研究人员研究了采用壳聚糖的一浴法染色工艺，该工艺使姜黄染棉织物的色牢度提升了1-1.5级[21]。Do等人将基于姜黄素的天然染料与壳聚糖结合用于丝绸染色，不仅获得了良好的色牢度，还提升了织物的抗菌性能和防晒效果（UPF值超过50）[22]。另一项研究中，将从红花中提取的黄酮类染料与壳聚糖结合，所得染色丝绸也表现出良好的抗菌性和防晒性能[23]。这些研究结果表明，天然染料和生物媒染剂可同时实现染色与提升纺织品功能的作用，凸显了功能性天然染色系统的潜力。不过，现有生物媒染剂的广泛应用仍存在诸多限制：部分生物媒染剂因分布地域和原料供应有限而难以推广，还有一些富含单宁的媒染剂会导致染色样品的颜色发生明显变化，影响外观[24]。此外，目前多数关于生物媒染剂的研究仅聚焦于单一染料体系的宏观染色性能，如K/S值和色牢度，而关于不同类型染料适用性、媒染剂与染料及纤维之间相互作用的分子机制，以及媒染过程对环境影响的定量评估，仍有待进一步研究。因此，开发具有广泛染料适用性、更优染色效果、更清晰的机理认知以及更好环境评估能力的新型生物媒染剂体系，极具现实意义。
沙棘 L.是一种属于鼠李科沙棘属的落叶灌木或小乔木，分布于欧亚大陆的52个国家，是重要的自然资源[25]。传统上，沙棘的果实被用来治疗脾虚引起的食欲不振、消化不良导致的腹痛以及咳嗽。在化妆品行业，沙棘提取物可作为天然抗氧化剂，被添加到护肤品和护发产品中。沙棘富含酚酸类物质[26]、[27]，其中没食子酸是最主要的成分，此外还含有多种有机酸和黄酮类物质，其中异鼠李素是主要的黄酮成分[28]。这些生物活性物质在纺织染色领域作为天然媒染剂具有很大的应用潜力。此外，作为一种广泛种植的商业作物，沙棘在收获时会产生一部分质量不佳、价值较低的浆果，这些浆果通常被视为农业副产品或废弃物。将这些低价值的沙棘浆果用作生物媒染剂，不仅可以充分利用农业副产品，还能减少对专门用于生产媒染剂的植物的依赖。据我们所知，此前尚未有研究报道将废弃的沙棘果实作为天然羊毛染色的生物媒染剂。
沙棘的另一个重要优点是其对染料颜色的影响相对较小。一些植物源媒染剂，尤其是富含单宁的物质，虽然能提升染料吸收率，但也会导致颜色发生较大变化。有研究推测，沙棘既能提升染料吸收率和色牢度，又能基本保持天然染料原有的颜色特征。此外，沙棘中所含的酚酸类和黄酮类物质还能为织物在经过处理后赋予抗氧化、抗菌和防晒功能。这些特性使得废弃的沙棘浆果不仅有望成为替代性的媒染剂，还能为纺织品增添更多功能。
在本研究中，选择了三种具有不同颜色和化学结构的天然染料——胭脂红、姜黄和栀子蓝，用以研究沙棘在不同染色体系中的媒染效果。针对每种染料，分别优化了预媒染参数。随后对这些处理后的织物进行了颜色强度、色度、均匀度及色牢度等方面的评估，以明矾和硫酸亚铁作为对照媒染剂。同时还检测了织物的抗菌性、抗氧化能力、防晒性能以及耐磨损性，以判断沙棘处理是否能带来除改善颜色之外的其他优势。
除了常规的染色性能检测外，本研究还采用了生命周期评估方法来比较沙棘媒染剂与金属媒染剂的环境影响。通过FTIR光谱分析和分子动力学模拟，研究了沙棘成分、天然染料与羊毛之间的相互作用。分子动力学分析尤其关注了氢键在染料与纤维结合中的作用，从而从分子层面解释了为何沙棘能增强染料与羊毛的结合力（见图1）。因此，本研究不仅探讨了沙棘是否能够提升染色效果，还分析了其作用机制以及使用该媒染剂所带来的环境影响。这些研究结果可为利用废弃沙棘资源进行天然染色，以及开发色差小、具有多种功能的生物媒染剂提供参考。
章节要点
材料
本研究所使用的废弃沙棘次生果实采集自中国安徽省亳州市的中药材市场（东经115°53’–116°49′，北纬32°51′–35°05′）。硫酸铝钾十二水合物（KAl(SO?)?·12H?O，CAS编号：7784-24-9）和硫酸亚铁七水合物（FeSO?·7H?O，CAS编号：7782-63-0）购自中国上海泰坦科学有限公司。乙醇（C?H?OH，CAS编号：64-17-5）、氢氧化钠（NaOH，CAS编号：
媒染剂选择方法
图2(a-c)展示了用胭脂红染色的样品的K/S值、染色均匀度以及CIELAB色度坐标（L*、a*、b*）。对于胭脂红染料，预处理后的样品呈现出最浓郁的红色，a*值最高，为52.50，K/S值也最高，为10.64，说明其颜色最为深沉且偏红。该样品的明度（L* = 46.46）显著低于对照组，而其染色均匀度达到了4-5级，是所有处理方式中最高的。而中间处理后的样品则显示出
结论
本研究探讨了沙棘作为新型环保生物媒染剂在用三种天然染料（胭脂红、姜黄和栀子蓝）染色羊毛织物中的应用，并对其性能进行了系统评估。对于这三种染料而言，采用沙棘进行预媒染都是最佳方案，能够显著提升染色织物的颜色深度。最优的处理条件分别为：胭脂红（沙棘浓度15克/升，处理时间20分钟，温度60摄氏度）；姜黄（10克/升，60摄氏度下处理60分钟）；栀子蓝（10克/升，60摄氏度下处理40分钟）。处理完成后，K/S值
CRediT作者贡献说明
梁冰冰：撰写——初稿、方法学、正式分析、数据整理、概念构建。周曼：方法学、数据整理。赵普奇：方法学、数据整理。王平：方法学、数据整理。余媛媛：方法学、数据整理。王强：撰写——审阅与编辑、方法学、资金获取、正式分析。张颖：撰写——审阅与编辑、方法学、资金获取、正式分析。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
衷心感谢中国国家重点研发计划（2021YFC2104000）以及江南大学交叉学科建设项目的资金支持，同时也感谢江南大学研究生科研实践创新计划（项目编号22671033）的资助。
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