技术创新

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Technological Innovation

江苏师范大学李海涛教授团队成功合成超薄石墨烯复合膜

近期，江苏师范大学李海涛教授团队成功合成超薄石墨烯复合膜。采用活性炭与氧化石墨烯的协同效应，这种超轻超薄的石墨烯—活性炭薄膜吸附效率可以达到99.99%，对于水中抗生素的去除以及水污染处理具有重要意义。相关研究成果在Nature杂志子刊Scientific Reports上一经发表，就在国际上引起了强烈反响，而石墨烯，也再一次进入了人们的视野，引起大家的关注。

石墨烯，是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯发现者之一、2010年诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆说：“它是迄今为止自然界最薄、强度最高的材料，可以被无限拉伸，弯曲到很大角度不断裂，还可以抵抗很高的压力。”

石墨烯的另一个奇特之处在于“零渗透”，即所有气体、液体都无法渗透。它还具有超强吸附性，可以用于制作过滤装置，用于海水淡化、污水处理等领域，被称为21世纪最具颠覆性的新材料。这些突出的性能和广阔的应用前景推动着石墨烯成为最近几十年来国际材料学家争相追逐的研究目标之一，其中来自江苏师范大学化学与材料科学学院李海涛教授的研究成果尤其引人瞩目。

李海涛教授团队以新型纳米材料——石墨烯为中心，通过全新的政、产、学、研、用、金一体化的协同创新模式，进一步推动复合石墨烯新材料和新技术的发展。

针对水体中抗生素残留问题，李海涛团队利用氧化石墨烯与活性炭材料之间的协同作用，成功制备了基于氧化石墨烯的复合薄膜材料，实现了对饮用水中抗生素物质的完全去除。

石墨烯虽然具有传统材料所不能比拟的优势，但由于较强的范德华力疏水性和易团聚的特点，这种先进材料的应用和发展被大大限制了。氧化石墨烯的出现则正好解决了上述问题。基于此，李海涛和他的课题组提出充分利用氧化石墨烯与活性炭材料相互作用来改善这一缺陷的设想，以达到完全去除水中抗生素物质的目的。氧化石墨烯对多种有机物具有良好的吸附效果，纳米活性炭的加入，更是极大提高了石墨烯薄膜材料的吸附能力。

实验中，该复合膜对水中残留盐酸四环素TCH分子表现出极强的吸附能力，显示出良好的过滤效率，所需过滤时间更短，可将抗生素残留物有效去除至PM浓度的饮用水要求，这为水、空气、土壤污染治理无疑提供了一种更为简单、高效的好办法，为水处理特别是饮用水的净化处理提供了一种高效滤材。

团队使用石墨烯改性碳材料混合成膜制备出一种高效滤材，并用该高效滤材开发出一种新型实用雾霾防护帽和防霾夹克，这一产品不仅可有效吸附和过滤PM2.5颗粒，同时还可以实现对人体头部的全面防护，为人们提供了一种更为简单、快捷、全面，效果更加优越的防霾方式，有助于更好地保障人体健康。

李海涛介绍，美国研究人员已经发现利用氧化石墨烯层将污水变成饮用水的新方法，这可能在全球范围内改变净水的游戏规则。我国石墨矿产的资源储量大，质量优，产量和出口均居世界首位，但相关的石墨深加工技术却较为落后。加大研发力度，提高产品附加值已迫在眉睫。

“NaturALL瓶装联盟”共同研发可再生PET塑料瓶

近日，法国食品巨头达能联手雀巢，与一家美国科研公司结成“NaturALL瓶装联盟”，共同研发以生物材料制成的PET塑料瓶。据悉，该项目将采用生物质原料，无需占用食品生产所需的资源或土地。据悉，联盟三方正积极合作开展相关研究，不断提高塑料瓶的生物质材料含量，让“100%生物质塑料瓶”不再是梦想。首批新型生物质塑料瓶将于2020年投放市场。

目前，联盟三方正积极合作开展相关研究，不断提高塑料瓶的生物质材料含量，达能和雀巢将为科技公司Origin Materials提供专业知识、团队和资金支持。预计，首批新型生物质塑料瓶将于2020年投放市场。

“这样的做法将应用于整个食品饮料行业，将成为科学领域的一项重大突破。”达能塑料包材研发部负责人Frederic Joui先生表示，用生物质包装材料来替代传统石油化工材料的做法是切实可行的。联盟将加速研发100%可再生、可循环的生物质PET塑料并将其投入商业运作。

实际上，“NaturALL瓶装联盟”的成立只是近年来达能在“食物资源与水生态圈”保护上的一大重要举措。数十年来，达能践行可持续商业模式，促进循环经济的发展。其工作重心包括：开发以可再生资源打造而成的新型可循环包装解决方案，以及促进资源的回收利用。如早在2011年，达能中国就联合世界自然保护联盟（IUCN）提出了“生态龙门、活力东江”项目的初步想法。在向当地农户示范良好的农林业经营手段同时，达能还协助社区开发产品和开拓市场渠道，解决了环境保护和经济发展之间的矛盾。

造纸废物能作为塑料制品的原料

在制造纸张和纸板过程中会产生大量“飞灰”和污泥，尽管有一些能被用作混凝土中的骨料，但大多数造纸废物最终被倒入垃圾填埋场内。然而这种情况可能即将改变。芬兰科学家已经发现其可以被当作塑料制品的原料。作为欧盟Reffibre项目的一部分，芬兰国家技术研究中心(VTT)的研究人员已进行了实验室测试，表明灰末颗粒和污泥可以取代注塑或挤出塑料复合材料中50%的聚丙烯。

这种方法不仅可以避免造纸废物被倒入垃圾填埋场，还能降低塑料制品的生产成本，减少所需聚丙烯的用量。此外，通过调整灰末颗粒/污泥与聚丙烯的比例，可以调整塑料的强度、刚度、耐热性、外观和表面纹理等特性。

到目前为止，VTT团队已经创造了塑料地砖和储存容器，它们由30%的造纸废物组成。研究人员表示，造纸废物也有望被用于制作板条箱和托盘等物品。

日本将全面推广利乐佳®包装技术

据日媒报道，在日本利乐公司的主导下，日本将全面引进利乐佳®包装技术，目前正引进填充设备等，预计2018年大量上市应用该利乐佳®包装技术的产品。

瑞典利乐公司于1951开发了纸容器中灌装牛奶、饮料等液体的技术，并将相关技术推广到了世界170个国家。利乐公司的主要业务之一是向饮料公司、食品公司推广销售纸容器灌装技术和设备，1956年日本也引进了该技术。纸容器具有轻便、节省空间、印刷醒目、使用方便、可再循环使用等诸多优点，因此在饮料为中心的食品行业中得到了广泛应用。

2003年利乐公司再一次进行了技术突破，即开发了利乐佳®包装技术。该技术的重点是在保持纸容器所有优点的同时还可进行灌装灭菌等加压热处理。以往的纸容器包装不耐水分、不耐热，不能使用于吹入100～130度蒸汽的加压充填灭菌工序中。因此高温加热、加压的食品只能使用金属罐、玻璃瓶、蒸馏包装袋等容器。利乐佳®包装在纸材外添加了3层耐高温的聚丙烯材料，完全可代替金属罐、玻璃瓶、蒸馏包装袋等容器。目前约50个国家、150多个品牌产品采用了该利乐佳®包装技术。

戴尔使塑料垃圾变身新包装

戴尔公司设立了一个新项目，目标是将原本可能流入海洋造成污染的塑料回收，制造成产品包装。这家总部位于德克萨斯州朗德罗克的公司目前正在海地收集HDPE，为其XPS 13 2-in-1电脑制造新包装托盘。

这些塑料垃圾在进入海洋前就被回收、加工，然后与其他消费后HDPE混合，制造成72克的塑料托盘，在装船的时候用于放置电脑。受恶劣环境影响，这些塑料的性能已经有所退化，戴尔将25%所回收的塑料与75%标准消费后塑料混合在一起，来制造托盘。“这款新包装是个首创，展示了海洋塑料也能应用于全球业务中。”戴尔的供应链总监Kevin Brown说道。戴尔方面表示，该项目将从环境中((进入水域前))收集1.6万磅塑料。

微生物降解塑料技术可行性方面取得突破

日前，欧洲一研发团队在探索微生物降解塑料技术的可行性方面取得进展。研究表明，利用有机垃圾堆肥结合微生物降解塑料技术，可大大提高微生物降解效率，而地理环境条件也能明显影响降解效率。

凭借降解技术上的突破，事实上，新型生物塑料已经存在一段时间了。此前，美国一所大学研究人员研发出一种新型生物塑料。它不以石油为原料，只需在220℃～300℃的环境下加热1小时，就满足降解条件，并且能在-40℃左右的环境下再次聚合，完全可回收、可再利用、可被生物分解。该材料研究人员表示，这种新型生物塑料具有更廉价、更容易制造的优点。

据悉，美国一公司研发出全球首款认证的生物可降解淡水鱼饵。以往的塑料人造捕鱼诱饵会污染水底和沿岸长达数十年，新产品在外形上看与传统产品差异不大，却内有乾坤。主体材料由玉米糖浆、白明胶、鲤科小鱼和其他秘密成分加工而成，所有的成分都是可以食用的。鱼饵比较黏，散发出大蒜和小龙虾的味道，这强烈的味道就是鱼饵成功的关键。公司人员介绍，如果鱼饵投放到水里，却没有被微生物或鱼吞食，鱼饵在3个星期之内就可以完全溶入水中，不会对环境造成任何污染。以生物降解塑料形式生产这些流行的鱼饵将有助于减少渔业的塑料污染。

除可降解之外，生物塑料还具有其他优点，并被用于多种生产领域。英国一铸工厂商生产的一款生物塑料，具有可塑、无毒的特点。这款材料采用天然的材料万寿菊，可以用于修补或者直接制作物件，比如断了把手的螺丝刀、掉了的纽扣等。虽然其形态与橡皮泥类似，但其强度很大，可用时间比较长。而日本一公司生产的生物基工程塑料则被用于智能手机的屏幕，这款产品是用植物衍生的硝酸异山梨酯制成的，与传统工程塑料相比，它具有优异的耐冲击、耐热和耐气候性，此外还具有良好的透明度和低光学畸变。

绿色包装研究

Green Packaging Research