近日，青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院張建明教授團隊在國際頂級期刊《Advanced Materials》發(fā)表突破性成果——將海鮮加工廢棄物魷魚骨轉(zhuǎn)化為性能卓越的超滲透水凈化膜（BUM）。這項創(chuàng)新不僅實現(xiàn)了生物廢物的高值化利用，更以超高純水通量和精準(zhǔn)截留能力，為全球水污染治理提供了革命性的綠色解決方案。

新研發(fā)出的濾膜（下方）

從“海鮮垃圾”到“凈水神器”，生物廢物迸發(fā)新價值

全球海鮮加工行業(yè)每年會產(chǎn)生約6萬噸魷魚骨廢棄物，這些魷魚骨富含β-相殼聚糖，過去利用率不到10%，還容易污染環(huán)境。張建明教授團隊針對這個問題，通過APS氧化剝離蛋白并羧化表面的工藝，從魷魚骨中提取出了直徑僅1.2納米的超細(xì)β-甲殼素納米纖維（β-ChNF），其中25%的纖維甚至只有2分子層厚，創(chuàng)下纖維材料厚度的新紀(jì)錄。

經(jīng)過真空過濾成膜，這種由魷魚骨制成的BUM性能驚人：膜厚僅0.124μm時，純水通量高達(dá)46207L?m?2?h?1?bar?1，遠(yuǎn)超現(xiàn)有的納米過濾膜技術(shù)；對100nm的納米塑料微粒截留率達(dá)到100%，即便面對只有1.5nm的羅丹明B染料分子（約為新冠病毒尺寸的1/50），1.8μm厚的膜截留率也能達(dá)到99.2%。加速老化實驗顯示，用10nmMgO懸浮液連續(xù)過濾57小時，截留率始終保持100%，累計處理734.5mg污染物，而且污染水通量仍超過多數(shù)商業(yè)膜的純水通量，展現(xiàn)出良好的工業(yè)應(yīng)用潛力。

魷魚骨

突破傳統(tǒng)瓶頸，關(guān)鍵變量解鎖性能飛躍

這項研究能夠成功，得益于團隊對實驗細(xì)節(jié)的精準(zhǔn)把控和技術(shù)突破。據(jù)介紹，研究初期因為忽視了纖維間靜電排斥與膜層堆積的動態(tài)平衡，只固定ChNF濃度和過濾時間，導(dǎo)致濾膜的通量和截留率不理想。2024年李柏霄博士加入后，發(fā)現(xiàn)“膜厚度”這個關(guān)鍵變量被忽略了?！澳ず穸炔恢皇莻€幾何參數(shù)，它會直接影響孔隙分布和流體動力學(xué)。膜太薄，纖維排列松散，截留率低；膜太厚，孔隙被壓縮，通量就會降低。”

基于這個發(fā)現(xiàn)，團隊進(jìn)行了系統(tǒng)的厚度梯度實驗，最終證實：通過調(diào)節(jié)ChNF負(fù)載量來控制膜厚度（124nm至1.8μm），可以實現(xiàn)對不同尺度污染物的精準(zhǔn)截留，比如0.124μm的膜適合去除納米塑料，1.8μm的膜則對有機染料效果更好，實現(xiàn)了“一膜多用”。同時，L-ChNF（來自槍烏賊科魷魚骨）經(jīng)過更高效的APS氧化，羧基含量更高，膠體穩(wěn)定性更強，其制成的膜孔隙率高達(dá)74.8%，大大提高了水流速度。

經(jīng)濟環(huán)保雙優(yōu)，契合國家戰(zhàn)略與全球需求

當(dāng)前，水短缺和污染已經(jīng)成為我國國家安全和發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。2025年，國內(nèi)水凈化市場規(guī)模預(yù)計達(dá)到346億美元，年增長率超過9%。國家的“雙碳目標(biāo)”“十四五”規(guī)劃以及《水污染防治行動計劃》等政策，都在鼓勵高效膜技術(shù)的創(chuàng)新。張建明團隊的成果正好填補了生物基低成本膜的市場空白。“從經(jīng)濟角度看，6克魷魚骨能生產(chǎn)14000張濾膜，原料成本幾乎為零，技術(shù)經(jīng)濟評估顯示，實驗室規(guī)模生產(chǎn)的毛利率可達(dá)54.93%，投資回報率超100%?！眻F隊成員李柏霄還介紹，從環(huán)保角度看，單張膜的碳足跡也要遠(yuǎn)低于合成膜。

國際市場方面，2025年全球水凈化膜市場規(guī)模將達(dá)到97億美元，2034年有望增長至206億美元。但現(xiàn)有技術(shù)普遍存在成本高、產(chǎn)量低和可持續(xù)性不足的問題。張建明團隊研發(fā)的BUM以生物基材料為核心，克服了傳統(tǒng)膜的缺點，借助中國在制造和出口方面的優(yōu)勢，有望提升我國在全球水技術(shù)領(lǐng)域的競爭力。

產(chǎn)學(xué)研深度融合，硬核團隊護(hù)航成果落地

這項成果背后，是一支在生物基高分子材料領(lǐng)域深耕的團隊。團隊帶頭人張建明教授是青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院院長，長期研究納米纖維素、生物降解高分子等領(lǐng)域，發(fā)表SCI論文200余篇，被引用12000余次，連續(xù)三年入選愛思唯爾“中國高被引學(xué)者”榜單。

2009年，張建明教授組建了“生物基高分子與功能彈性體團隊”，現(xiàn)有成員80余人，包括3位泰山學(xué)者特聘教授、德國洪堡學(xué)者等。近五年，團隊獲批國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等二十多個重要科研項目，與山東星宇手套、吉林石化、圣泉集團等企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作。此前，團隊在甲殼素納米纖維領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)多項技術(shù)轉(zhuǎn)化，服務(wù)了國內(nèi)百余家單位。

對于未來，李柏霄表示，團隊會進(jìn)一步優(yōu)化魷魚骨提取工藝和膜組裝技術(shù)，推動BUM的產(chǎn)業(yè)化，計劃將其集成到注射器式過濾器中，拓展到海水淡化、工業(yè)廢水回收等領(lǐng)域。“我們希望用科技把海洋廢棄物變成生命之源，讓‘變廢為寶’的循環(huán)經(jīng)濟理念惠及更多缺水地區(qū)，為全球水安全貢獻(xiàn)中國智慧。”

（半島全媒體記者 劉愷琦 劉金震）