近期，我校纺织学院青年教师李召岭在郁崇文教授指导下，在绿色高效苎麻脱胶及自驱动废水处理方面的研究取得重要进展。相关成果发表在国际著名期刊Nano Energy, 2016, 22, 548-557. (IF=11.553)和Advanced Materials, 2016, 28, 2983-2991.(IF=18.960)上。
苎麻纤维细长坚韧、质地轻、吸湿散湿快，具有良好的穿着服用性能，是一种优良的纺织原料。传统苎麻脱胶需要使用大量的碱和助剂等化学品，同时需要消耗很多能源，其工艺流程长，效率低，污染大。另外，脱胶过程中会产生大量的废水，其水质中污染物浓度高，色度深，碱性强，对人体及各种生物的危害比较大。废水在排放之前，必须进行处理，使里面的污染物降解或回收，符合环保的要求。
研究者在苎麻脱胶领域引入一种与传统碱脱胶完全不同的新型工艺，即利用摩擦发电效应，收集周围环境的机械能，转化成电能，用来产生自驱动的电场，促进苎麻纤维脱胶和脱胶废水的电化学降解。通过制备水驱动的纳米发电机（WD-TENG），在电化学反应系统的阴极表面会产生大量的OH-离子，可以极大的提高脱胶速度和脱胶效率，同时减轻化学药品的使用量。与传统碱脱胶工艺相比，新型脱胶工艺制备的精干麻纤维表面和物理机械性能也有较大的改善。同时，WD-TENG能够作为可持续的电源使用，用来进一步处理脱胶废水。通过收集水流动产生的机械能，转化为电能，可以电化学降解脱胶废水中的污染物。在电压为10V，电流为3.5mA的条件下，自驱动清洁系统可以在120min内降解废水中90%以上的污染物。脱胶废水处理后其色度，COD和电导率值呈现明显的下降趋势。由于具备脱胶效率高，污水处理效率高，处理成本低，工艺简单，绿色环保，同时效果稳定等诸多优点，基于摩擦纳米发电机的自驱动系统为天然纤维制备及污水处理提供了高效环保的新选择。
与此同时，利用摩擦发电效应，研究者还制备了新型摩擦纳米传感器，对重金属离子废水进行检测。通过对器件表面进行改性和化学修饰，引入不同的配位体基团，使其具备选择性，能够与特定的重金属离子发生螯合反应，可以定量感应废水里面的重金属离子浓度。随着吸附的重金属离子浓度增加，摩擦纳米传感器的电流或电压输出呈现成比例递减的趋势。Cu2+，Pb2+，Cr3+三种离子的检测灵敏度分别为0.05µM-1，0.03µM-1和0.05µM-1，检测范围为0 到200µM。同样地，摩擦纳米发电机能够收集污水波浪流动产生的机械能，转变为电能，用作直接电源，利用电场效应使重金属离子分步沉淀并进行过滤富集，实现自驱动净化污水、消除污染及重金属回收利用等多重目的。当波速为3L min-1，初始重金属离子浓度为100µM-1时，自驱动电化学系统可以在100min内移除97.4%以上的重金属污染物。新型自驱动系统预期将为传统纺织技术带来很大革新，推动纺织学科和纺织行业的进一步发展。
该研究工作获得了农业部现代农业产业技术体系-国家麻类产业技术体系建设专项资金资助项目(CARS-19-E25)的资助。
图. 高效苎麻脱胶及自驱动废水处理系统
