新仿生材料可從空氣中高效收集水

受沙漠甲蟲、仙人掌和豬籠草的啟發(fā)，哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）和Wyss生物工程研究所的研究人員，結(jié)合多種生物體的特性設(shè)計出一種高性能仿生材料，可更為有效地從空氣中收集水。這一方法不僅可用于解決某些地區(qū)干旱缺水的問題，也為未來仿生學發(fā)展打開了新的思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。

一些生物可在干旱的環(huán)境中生存，因為它們已進化出可從稀薄而潮濕的空氣中收集水的機制。例如納米布沙漠甲蟲，其翅膀上有一種超級親水紋理和超級防水凹槽，可從風中吸取水蒸氣。當親水區(qū)的水珠越聚越多時，這些水珠就會沿著甲蟲的弓形后背滾落入它的嘴中。

據(jù)報道，在本質(zhì)上，新的系統(tǒng)是受沙漠甲蟲崎嶇不平的殼、仙人掌上刺的不對稱結(jié)構(gòu)和豬籠草光滑表面的啟發(fā)而設(shè)計。新材料利用這些自然系統(tǒng)的特性，再加上該研究小組開發(fā)的濕滑液體注入多孔表面技術(shù)（SLIPS），收集空氣中的水。

收集大氣中的水，面臨的主要挑戰(zhàn)是如何控制水滴大小、形成速度及其流向。與以前著重對甲蟲殼凝水機制的研究不同，新研究的靈感來自背殼凸起部分也可集水這一發(fā)現(xiàn)。

該論文的第一作者、博士后研究員帕克指出，實驗發(fā)現(xiàn)甲蟲背部單獨的幾何形狀凸塊可便于凝結(jié)水滴，而通過詳細的理論模型優(yōu)化，并將凸塊的幾何形狀與仙人掌刺的不對稱和幾乎無摩擦涂層的豬籠草結(jié)合，他們設(shè)計出的新材料，比其他材料可在更短時間內(nèi)收集和運輸較大的水量。如果沒有這些參數(shù)，整個系統(tǒng)將無法協(xié)同工作。

該論文的合著者、SEAS副院長基姆說：“目前，這項研究邁出了令人興奮的第一步。我們將開發(fā)出一個可以有效收集水并引導其流到水庫的系統(tǒng)。此外，這種方法還能用在工業(yè)熱交換器上，可顯著提高其整體能效。（科技日報）

微生物降解塑料效率提升

據(jù)報道，近日，歐盟多個成員國主要塑料生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合科技界組成的歐洲BIOCLEAN研發(fā)團隊，在探索微生物降解塑料技術(shù)的可行性方面取得積極進展。該團隊利用有機垃圾堆肥結(jié)合微生物降解塑料技術(shù)，可大大提高微生物降解效率，而地理環(huán)境條件也能明顯影響降解效率。

該研發(fā)團隊選擇已廣泛應用于工業(yè)產(chǎn)品的聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯塑料材料作為研究對象。分別從海洋塑料垃圾島，垃圾填埋場、堆肥設(shè)施和垃圾厭氧處理廠，成功篩選出可有效分解和解毒塑料的微生物（細菌和真菌）菌株，進行實驗室培育繁殖。在深度理解菌株各類“特定”功能、工作機理和環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，優(yōu)化培植“高效”菌株進行實地試驗檢測。此外，研發(fā)團隊還根據(jù)歐洲不同的地理環(huán)境條件，分別確定5處選址開展微生物降解塑料技術(shù)的可行性研究。其中在希臘克里特島（Island of Crete）開展、結(jié)合化學預處理工藝的微生物降解塑料技術(shù)，已顯示出低成本微生物降解塑料的經(jīng)濟可行性。

據(jù)了解，目前塑料要得到完全降解，最好的情況下仍然需要約9年時間。因此，縮短降解時間，將成為研發(fā)團隊未來的主要研究方向。（中國化工報）

美國成功實現(xiàn)將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為甲醇

據(jù)報道，諾貝爾化學獎獲得者、南加利福尼亞大學化學系教授喬治·歐拉率領(lǐng)團隊，首次采用基于金屬釕的催化劑，將從空氣中捕獲的二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為甲醇燃料，轉(zhuǎn)化率高達79%。該研究向通往未來“甲醇經(jīng)濟”邁出了重要一步。

南加利福尼亞大學化學教授敘利婭·普拉卡什說：“直接在捕獲二氧化碳的氣罐中用氫分子將其轉(zhuǎn)換為甲醇，我們率先做到了！”該研究既可去除大氣中的溫室氣體二氧化碳，生成的甲醇還能作為汽油的替代燃料。

過去幾年，化學家們一直在研究把二氧化碳轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品的各種方法，例如，用氫氣處理二氧化碳生產(chǎn)出甲醇、甲烷或甲酸。因可在燃料電池中作為替代燃料以及用于氫存儲，如何將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇的研究最受青睞。

二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲醇過程中的一個關(guān)鍵因素是找到合適的均相催化劑，這對于加快化學反應生產(chǎn)甲醇至關(guān)重要。但問題是，轉(zhuǎn)化反應需要的高溫（約150℃）條件，往往會導致催化劑的分解。

據(jù)報道，此次研究人員開發(fā)出在高溫下不會分解的金屬釕催化劑，穩(wěn)定性好，可重復使用，并可連續(xù)生產(chǎn)甲醇。研究表明，用新的催化劑及一些額外的化合物，可將從空氣中捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)換為甲醇的效率提高到79%。在最初過程中，甲醇會與水混合，但水很容易通過蒸餾分離。

研究人員希望這項工作未來能為“甲醇經(jīng)濟”做出貢獻，并計劃開發(fā)出一個“人為的碳循環(huán)”，其中碳被回收利用，以補充自然界碳的循環(huán)。（科技日報）

廢紙纖維氣凝膠吸油能力強

據(jù)報道，新加坡國立大學研究人員日前成功把廢紙制成無毒、無味的纖維氣凝膠，該氣凝膠的吸油能力比一般商用吸油材料高出3倍。

研究人員介紹，這種廢紙纖維氣凝膠輕盈、強韌，吸收力強，適用于吸收石油、柴油和潤滑油。這種材料去除油污的效力比一般商用聚丙烯海綿高出3倍，預計能減少約20%的油污清理時間。若要回收污油，纖維氣凝膠能擠出高達99%所吸收的污油，還可反復使用多達8次。他們還給該氣凝膠涂上一層甲基三甲氧基硅烷，以增強其抗水特性。避免其在下雨天使用時因吸飽水分而無法發(fā)揮吸油效用。（中國化工報）

德研制出可用于皮下精確施藥的新型材料

據(jù)報道，德國弗賴堡大學2月19日宣布，該校研究人員研制出一種可用于皮下精確施放藥物的新型復合材料，人體對這種材料不會產(chǎn)生不良反應。未來新材料有望用于治療腫瘤等疾病。

研究人員用原子層沉積的方法將氧化鋅植入聚乙二醇薄膜中，形成了一種可水解的復合材料。這種材料薄膜厚度只有幾微米，其分子結(jié)構(gòu)適合儲存相對大劑量的藥物。為了讓這種儲藥材料可以精確施放藥物，其表面還被鍍上了2層導電聚合物。

研究人員將這種復合材料形象地描繪為一張多孔的網(wǎng)，上面的孔在施加負電時會打開，加正電時則關(guān)閉，從而實現(xiàn)精確藥量釋放控制。實驗室細胞培養(yǎng)基測試顯示，人體接受這種新材料植入物不會產(chǎn)生不良反應。

研究人員表示，與現(xiàn)有的皮下施藥材料相比，該材料不僅能有效控制藥量，還能利用很小的空間儲存足夠的藥量。未來新材料有望用于治療腫瘤等疾病。相關(guān)報告已發(fā)表在英國《科學報告》雜志上。（新華網(wǎng)）

英國設(shè)計出薄膜可變機翼

據(jù)報道，近日，英國南安普敦大學和帝國理工學院研究人員設(shè)計出一種新型薄膜可變機翼，利用這種機翼制作出的微型無人機可以飛得更遠，節(jié)省更多燃料，并更易維護。

研究人員利用電活性聚合物來制作機翼，并利用電腦模型計算出最佳的機翼機構(gòu)。只需施加電壓，薄膜機翼就能在飛行中像蝙蝠翅膀一樣收縮伸展。這種新型機翼中沒有任何機械部件，更像人造肌肉，能根據(jù)所承受的作用力改變形狀。研究人員將這種薄膜機翼安裝在無人機上，在短暫的海面滑翔飛行測試中取得了不錯的效果。（中國化工報）

美研發(fā)形狀記憶聚合物可支撐千倍自身質(zhì)量

據(jù)報道，美國紐約羅切斯特大學的研究人員研發(fā)出一款新型的具有“形狀記憶”的聚合物，可在拉伸或壓縮后保持新形狀，直到接觸人體體熱或35℃及以上的任何溫度，會恢復其初始形狀。該聚合物可支撐質(zhì)量是其自身質(zhì)量1 000倍的物體。

據(jù)報道，研究主導者化學工程教授米奇·安塔馬頓發(fā)表聲明稱：“我們研發(fā)的新型‘形狀記憶聚合物’就像一根橡皮筋，它既可以被拉伸或壓縮成新的形狀，又能維持該新形狀，但是僅僅一次觸摸又可以使它恢復到初始形狀?！?/p>

他還說：“調(diào)整觸發(fā)溫度是研發(fā)過程的一部分，我們還設(shè)計這些材料來儲存大量的彈性能量，使它們在形狀恢復的過程中能進行更多的機械工作。”據(jù)悉，收縮后，該聚合物可以舉起一個重量相當于其自身質(zhì)量1 000倍的物體，比方說，一個鞋帶大小的聚合物（約1g重），可以提起1 000mL蘇打。

據(jù)悉，安塔馬頓認為該“形狀記憶聚合物”能在醫(yī)學界發(fā)揮多種用途，包括制造人造皮膚和體熱輔助醫(yī)療器，他還認為該聚合物有可被用于制作自動合身的服裝，在時尚界引發(fā)一場革命。（環(huán)球網(wǎng)）

我國高強高模碳纖維制備技術(shù)獲重大突破

據(jù)報道，2月24日，從中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所（以下簡稱“寧波材料所”）獲悉，該所在高強高模碳纖維（又稱為石墨纖維）國產(chǎn)化制備技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，形成連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)能力，打破國外在該領(lǐng)域的壟斷并填補了國內(nèi)技術(shù)空白。

與傳統(tǒng)高強碳纖維相比，石墨纖維具有熱膨脹系數(shù)低、導電性高、熱穩(wěn)定性好、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點，在宇宙飛行器及航空航天等領(lǐng)域作為關(guān)鍵材料得到應用。一直以來，高強高模碳纖維的核心制備技術(shù)被國外少數(shù)幾家公司壟斷，如日本東麗公司除擁有成熟的T800、T1000等高強中模級碳纖維產(chǎn)品外，還擁有M40J、M50J、M55J、M60J等高強高模級碳纖維產(chǎn)品。鑒于高強高模碳纖維在國防領(lǐng)域的重要意義，日本公司的制備技術(shù)一直對我國封鎖，產(chǎn)品也對我國禁運。

據(jù)了解，寧波材料所特種纖維事業(yè)部成立于2008年，成立伊始便以高性能碳纖維作為研制目標，依托國家發(fā)改委碳纖維制備技術(shù)國家工程實驗室、國家發(fā)改委碳纖維檢測表征平臺等先后突破了高強中模碳纖維中試及工程化技術(shù)。2014年年底，事業(yè)部開始高強高模碳纖維的研制工作，2015年5月份成功制備得到M50J級高強高模碳纖維，經(jīng)過航空、航天、核能等單位檢測，拉伸強度及拉伸模量等性能達到甚至超過了國外同類產(chǎn)品，隨后進行了連續(xù)穩(wěn)定化的生產(chǎn)。2015年年底，事業(yè)部開展了更高一級M55J級高強高模碳纖維研制工作。目前，寧波材料所已經(jīng)具備M40J、M46J、M50J級產(chǎn)品連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)能力，并形成了M55J級高強高模碳纖維制備技術(shù)，下一階段，將在實現(xiàn)M55J級高強高模碳纖維穩(wěn)定化生產(chǎn)的同時，開展M60J級高強高模碳纖維的研制工作。（中國寧波網(wǎng)）

金屬有機框架催化材料研究取得系列新進展

面對當前嚴峻的環(huán)境污染與能源短缺問題，采用高效的環(huán)保型多相催化劑是催化化學領(lǐng)域的研究熱點之一。從可持續(xù)的角度出發(fā)，在水相中由C-H鍵直接構(gòu)筑C-C鍵是一條更加直接、環(huán)保且具有原子經(jīng)濟性的綠色途徑，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。

據(jù)報道，在科技部“973”計劃、國家自然科學基金、中科院先導專項等項目的支持下，福建物構(gòu)所結(jié)構(gòu)化學國家重點實驗室曹榮研究團隊在金屬—有機框架化合物（MOFs）催化材料的研究中取得新進展。該團隊將憎水的全氟烷烴修飾在具有高比表面積的金屬-有機框架化合物NU-1000的介孔孔道中，并采用等體積浸漬法將Pd納米顆粒均勻地分散在其孔道中。與未修飾的金屬-有機框架化合物材料相比，所獲得的材料在水相中催化吲哚C-H活化反應活性大大提高，并具有高的C2選擇性。全氟鏈的引入極大地增強了孔道的憎水性，有利于反應物進入孔道中的活性中心，達到了提高活性的目的。

這些催化劑非常穩(wěn)定，能循環(huán)使用多次而活性沒有降低，為新型、高效催化劑的研制提供了新思路。（中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所）

超濾膜首個國家標準即將實施

據(jù)報道，2月20日，從全國分離膜標準化技術(shù)委員會了解到，其日前正式發(fā)布的國標委[2016]2號文件稱，由天津膜天膜科技股份有限公司負責主編的推薦性國家標準《超濾膜測試方法》（GB/T 32360-2015）將在2016年6月1日正式實施。這是我國超濾膜測試領(lǐng)域發(fā)布的首個國家標準，該標準將促進我國超濾膜產(chǎn)品質(zhì)量進一步提升，進而提高水資源利用、節(jié)能減排等膜應用領(lǐng)域的整體水平。（中國化工報）

東華大學發(fā)明“魔術(shù)面料” 助高檔服裝“中國化”

擁有柔軟、不掉色，同時抗起毛起球的絨衣、大衣，是每個人對冬季著裝既簡單又奢侈的要求。新型共聚酯MCDP連續(xù)聚合、紡絲及染整技術(shù)，用它可以制造出符合上述條件且節(jié)能環(huán)保的“魔術(shù)面料”，從而幫我們實現(xiàn)這個雖然小卻長期難以實現(xiàn)的著裝愿望。

這一項目由東華大學和上海聯(lián)吉合纖有限公司聯(lián)合完成，項目帶頭人、長期從事化學纖維研究的東華大學教授顧利霞介紹，我國聚酯纖維年產(chǎn)量達4 000萬t，占世界總量的70%以上，大容量連續(xù)聚合熔體直紡聚酯產(chǎn)能已超過總量的2/3，且大多生產(chǎn)常規(guī)聚酯纖維。聚酯大多是半剛性大分子結(jié)構(gòu)，纖維結(jié)構(gòu)緊密，染色性和觸感均較差。改進纖維的染色性是聚酯纖維功能化的重要方向，一直存在聚合難以控制的難題，織物需要堿減量處理，能耗和排放瓶頸問題沒有解決，嚴重影響聚酯纖維改性技術(shù)的推廣應用。其中，我國聚酯纖維同質(zhì)同構(gòu)化嚴重，轉(zhuǎn)型升級困難，亟須解決大容量功能化聚酯連續(xù)聚合關(guān)鍵技術(shù)。

新型共聚酯MCDP連續(xù)聚合、紡絲及染整技術(shù)解決了聚酯同質(zhì)同構(gòu)化問題，突破了聚酯生產(chǎn)能耗和排放瓶頸。這一項目研制的“超柔軟易染聚酯纖維產(chǎn)品”具備常壓沸染、不需堿處理的低碳環(huán)保特性，超柔軟手感、吸濕性良好和抗起毛起球性能顯著等仿棉功效。

在顧利霞看來，此項發(fā)明的另一個重大意義在于節(jié)能環(huán)保。這一方面是指新型聚酯產(chǎn)品在聚酯合成中采用低溫反應，和原有聚酯產(chǎn)品的高溫反應要求相比，在能源消耗上有一定幅度的降低，在紡絲工藝中無論是干燥溫度、紡絲溫度、加熱溫度都要低于常規(guī)聚酯。特別在染整過程中，新型聚酯產(chǎn)品采用常壓沸染工藝，無需堿減量處理工序。

另一方面則是指新型聚酯產(chǎn)品可以用于仿羊絨工藝當中。顧利霞介紹，羊絨稀少而昂貴，市場上即使是號稱“全羊絨”的大衣，也往往只有10%的羊絨含量。生產(chǎn)羊絨涉及山羊養(yǎng)殖業(yè)，由于山羊啃過的草地較難恢復生長，長久以來羊絨制造業(yè)帶來了不小的環(huán)境保護問題。而新型聚酯制成的纖維材料相當柔軟，和羊絨混紡后在手感和舒適度上和純羊絨極為相似，因此仿羊絨工藝不但能降低羊絨制品的價格，還有利于保護草地。

新型共聚酯技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化也獲得了極大成功，近日一家企業(yè)還主動找到顧利霞，希望能將新型聚酯制成的纖維材料用在仿羊絨面料的制作上。顧利霞答應了合作要求，即將進行這方面的研發(fā)，估計將耗時幾個月時間。此前，新型聚酯產(chǎn)品已經(jīng)被成功地用于制作羊絨衫的仿羊絨工藝當中。（文匯報）

我高性能碳纖維產(chǎn)品有望替代進口

碳纖維是新材料界的寵兒，有“黑色黃金”之稱，多年來我國高性能碳纖維依賴進口。如今，這一局面被黑龍江省碳纖維復合材料龍頭企業(yè)、哈爾濱天順化工科技開發(fā)有限公司打破。據(jù)報道，日前，由該公司承擔的黑龍江省科技攻關(guān)重大項目“T700級碳纖維碳化中試生產(chǎn)線及工藝研究”，通過了黑龍江省科技廳組織的專家鑒定。

由我國復合材料學會理事長杜善義院士為主任委員的鑒定委員會認為，天順公司以自主研制生產(chǎn)的碳纖維原絲為原料，經(jīng)過工藝優(yōu)化，所研發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的碳纖維生產(chǎn)工藝及裝備技術(shù)達到國際先進水平，其產(chǎn)品可替代進口。

專家表示，碳纖維的強度是鋁合金的10倍，而密度僅為其一半，在國防、航空航天、海洋工程、節(jié)能汽車等領(lǐng)域有著大量需求。但生產(chǎn)碳纖維需要經(jīng)過30道工序，哪一道工序差了分毫都達不到使用要求。

該項目經(jīng)過5年艱苦卓絕的創(chuàng)新攻關(guān)，終于突破高性能碳纖維生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。據(jù)該公司總經(jīng)理孟凡鈞介紹，該項目采用獨特的紡絲工藝、DMSO溶劑回收技術(shù)、精密的碳化生產(chǎn)技術(shù)及先進的廢水處理技術(shù)，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，環(huán)境污染小，生產(chǎn)中廢水排放少，生產(chǎn)成本可控制在200元/kg以內(nèi)，接近國際先進企業(yè)的生產(chǎn)成本，而當前國內(nèi)成本大多在1 000元～3 000元/kg不等。這一突破解決了國產(chǎn)高性能碳纖維生產(chǎn)成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定這2個關(guān)鍵瓶頸問題，提高了我國碳纖維的國際競爭力。（科技日報）

海水淡化產(chǎn)業(yè)化項目啟動

據(jù)報道，華東理工大學和首鋼集團等承擔的國家科技支撐計劃項目——大中型海水淡化產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)及應用——5萬t/d水電聯(lián)產(chǎn)與熱膜耦合研發(fā)及示范研究，日前在京啟動。

“由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，海水淡化過程中產(chǎn)生的大量濃鹽水無法得到進一步利用，不僅浪費寶貴的海洋資源，而且可能引起新的環(huán)境污染，特別是對環(huán)渤海半封閉海域生態(tài)環(huán)境的影響尤為突出?！比A東理工大學鹽湖中心負責人于建國介紹說。

據(jù)了解，在該項目中，鹽湖中心將負責海水淡化濃鹽水綜合利用技術(shù)研究及工程示范建設(shè)工作。中心將采用化學法和膜法綜合工藝，對濃海水中鈣、鎂等關(guān)鍵硬度元素進行高效分離，制備高附加值無機功能材料；經(jīng)過二次淡化大幅提升淡水回收率，深度濃縮海水，制備液體鹽原料，供給純堿工業(yè)；通過中試研究和技術(shù)集成，形成淡水、液體鹽、鎂基系列產(chǎn)品（工業(yè)氫氧化鎂、阻燃劑氫氧化鎂、碳酸鎂、水滑石等）、溴素及碳酸鈣等有價元素整體利用系統(tǒng)，實現(xiàn)零排放。

按照進度，首鋼集團京唐公司將在2017年建設(shè)完成8.5萬t/d熱膜耦合海水淡化工程，屆時1.2萬t/d海水淡化濃鹽水綜合利用示范工程也將建成投產(chǎn)。（中國化工報）