每年，全球海鲜加工产业会产生约6万吨鱿鱼骨废弃物，它们或被填埋、或被丢弃，既污染环境又浪费资源；与此同时，传统水净化膜技术正面临“两难困境”——要么通量低、过滤慢，要么截留率不足，难以应对纳米塑料、超细染料分子等新兴污染物，且制备成本高、碳足迹大。如今，这两大难题被我校高分子科学与工程学院张建明教授团队一举破解。

近日，该团队在国际顶级期刊Advanced Materials发表了突破性成果——他们将餐桌上常见的鱿鱼骨“变废为宝”，提取出直径为1.2纳米的超细β-甲壳素天然纤维（相当于人类头发丝的六万分之一），并制成全球性能领先的水净化膜，不仅刷新了过滤技术的极限，更开辟了一条可持续发展路径。

破局：从废料富矿到净水新材

“我们最初的想法很简单，能不能让‘无用的垃圾’变成‘有用的宝贝’？”张建明教授回忆研究起点时，提到了一个被忽视的“资源富矿”——甲壳素。作为自然界第二大丰富的高分子聚合物，甲壳素广泛存在于虾蟹壳、鱿鱼骨等海洋生物废弃物中，全球年产量约10亿吨，但其利用率不足10%，大量废弃物最终成为环境负担。

团队核心成员黄莎莎博士的一次发现，成为研究的关键转折点。她在分析鱿鱼骨结构时提出：“鱿鱼骨中的β-甲壳素为平行链分子结构，极易通过分子改性提取高质量纳米纤维。”

这让两个人都眼前一亮。

黄莎莎随即开始测试，回忆起第一次看到原子力显微镜的测试结果，她依旧激动不已：“从鱿鱼骨中提取的甲壳素纳米纤维竟然细至1.2 nm，远超团队预期目标。”张建明教授更是连连点头，感叹道：“这纤维的精细度，就像自然界亲手打造的‘精密工程’！不能只停留在‘提取出来’，要找到它的核心应用价值。”

彼时，全球水净化膜领域正面临产业升级瓶颈：国际市场虽持续扩张，但主流技术依赖丝素、纤维素纳米纤维或二维合成材料，存在成本高、产量低、可持续性差等问题；国内水资源短缺与污染治理已上升为国家战略，而生物基低成本高性能水净化膜的研发长期处于空白状态。

“一边是待开发的废料资源，一边是亟待突破的技术难题，这正是‘变废为宝’的绝佳方向。”黄莎莎博士的判断，让团队明确研究路径——以鱿鱼骨β-甲壳素纳米纤维为原料，制备超渗透水净化膜，既践行循环经济理念，又破解行业核心痛点。

攻坚：刷新净水膜性能极限

团队的科研突破，始于对β-甲壳素分子结构的深度挖掘。研究发现，鱿鱼骨中的β-甲壳素不仅储量丰富，其独特的分子链结构可通过APS（过硫酸铵）氧化剥离工艺激活负电荷网络（zeta电位低至- 49mV），使制备的水净化膜孔隙率提升至74.8%，为水分子搭建起“超高速过滤通道”，从原理上解决了传统膜“通量与截留率难以平衡”的技术症结。

然而，科研之路并非一帆风顺。早期真空过滤实验中，团队仅固定甲壳素纳米纤维浓度与过滤时间，忽视了膜厚度对性能的梯度影响——制备的滤膜要么因厚度不足导致纤维排列松散，截留率不达标；要么因厚度过厚压缩孔隙，导致通量骤降，性能始终无法突破。“那段时间，团队扎根实验室，反复优化参数，但数据始终没有起色。”黄莎莎博士回忆道。

2024年，青年教师李柏霄博士的加入为团队带来新的突破思路。他通过梳理海量实验记录与扫描电子显微镜（SEM）图像，在组会上提出关键问题：“膜厚度并非简单的‘薄厚’选择，而是调控孔隙分布与流体动力学特性的核心变量。”这一观点点醒了团队，随即设计“厚度梯度实验”。

实验结果令人振奋：厚度为0.124微米的滤膜，纯水通量高达46207 L·h^-1·m·^-2·bar^-1，对尺寸低至100纳米的塑料微粒的截留率达100%；厚度为1.8微米的滤膜，对尺寸仅1.5纳米的罗丹明B染料分子（约为新冠病毒尺寸的1/50）截留率仍保持99.2%。

更具突破性的是，通过生命周期评估（LCA）与技术经济评估（TEA）验证，该滤膜原料成本基本可忽略，6克鱿鱼骨可生产14000张17平方厘米的滤膜，单张膜碳足迹仅6.19×10^-4千克二氧化碳（约相当于生产0.00107度电的碳排放），不仅性能远超现有商用膜，更具备大规模产业化的经济可行性与环境友好性。

赋能：提供革命性绿色解决方案

“这项研究最核心的价值，是开创了‘生物废物驱动膜技术’的新范式。”张建明教授解释，传统膜技术依赖人工合成材料，既消耗资源，又产生大量碳排放；而他们的技术以海鲜废弃物为原料，实现了“污染治理”与“资源循环”的双重目标——环境层面，每年可减少数万吨鱿鱼骨废弃物污染；社会层面，能为水资源短缺地区提供低成本、高性能的净水方案；经济层面，原料成本近乎为零，可大幅降低工业与民用水处理成本。

目前，团队正全力推进技术产业化。“下一步，我们计划优化提取工艺和膜组装技术，先把这种滤膜集成到注射器式过滤器中，满足家庭、实验室等小型净水需求。”黄莎莎博士介绍，长远来看，技术还可拓展至海水淡化、工业废水回收等领域，为我国“海水淡化规模化应用”“工业废水循环利用”等国家战略提供技术支撑。

这项成果的背后，是团队15年深耕生物基高分子领域的积累。据悉，张建明团队长期聚焦纳米纤维素制备、生物质纳米材料、生物降解高分子应用等方向，近五年获批国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等重要科研项目20余项，承接企业委托项目70余项。团队与山东星宇手套、吉林石化、圣泉集团、华昌化工等行业领军企业开展深度产学研合作，在高性能乳胶制品开发、合成橡胶应用推广、生物质纳米填料研发等领域推动科技成果转化，助力企业绿色低碳转型，紧密对接国家“双碳”目标与高质量发展需求。

从餐桌上的鱿鱼骨，到守护“生命之源”的净水膜，张建明团队用科技的力量，书写了“变废为宝”的绿色篇章。正如Advanced Materials审稿专家评价：“这项成果不仅刷新了水净化膜的性能极限，更为全球可持续水处理技术构建全新标准，进而为全球水污染治理难题，提供了成本可控、易于普及的绿色解决方案。”

据了解，该工作第一作者为青岛科技大学黄莎莎博士，通讯作者为青岛科技大学高分子科学与工程学院的张建明教授和其团队青年老师李柏霄。

——原载《青岛科技大学报》1036期第二版