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武汉大学生物质大分子转化为新材料的“绿色”技术及新机理
2019-01-18 中国教育和科研计算机网 袁玉凝

  背景介绍:

  面对不可再生资源日益枯竭以及合成塑料废弃物引起的环境污染日益严重,为了实现可持续“绿色”发展,武汉大学张俐娜教授课题组一直致力于生物质大分子转化为新材料的“绿色”技术及新机理研究,并做出了众多原始创新性成果。

  2011年度张俐娜荣获美国化学会Anselme Payen奖,成为获得该奖的第一位中国人。她2011年当选中国科学院院士,2014年当选英国皇家化学学会会士,现任美国化学会刊物“ACS Sustainable Chemistry & Engineering”(可持续化学与工程)的副主编。2016年英国皇家化学会“Chemistry World” 刊物对她做了专访,并报道她为“中国‘绿色’化学先驱”。

张俐娜教授

  改革开放30多年以来,我国经济以年均10%左右的速度高速增长,到2010年已经成为世界第二大经济体,但同时,增长方式粗放、资源环境代价过高的问题也日益凸显。2016年国务院印发“十三五”生态环境保护规划的通知,将生态文明建设上升为国家战略;党的“十九大”报告提出要加快生态文明体制改革,建设美丽中国。在高校内,许多科研工作者殚精竭虑,通过各种课题和研究解决国民经济的可持续“绿色发展”问题。

  目前,国际上已将不可降解的废弃塑料列为有害物,而且海洋中的垃圾如塑料瓶和尿布的生物降解时间分别为450年、475年,严重危害海洋环境。为解决不可再生化石资源日益枯竭以及塑料废弃物和微型塑料引起的环境污染日益严重问题,武汉大学张俐娜教授课题组长期致力于可再生的生物质大分子(包括纤维素、甲壳素、大豆蛋白、淀粉和多糖等)结构和性能及其构建功能材料和生物制品的基础和应用研究。

  经过二十多年的探索,张俐娜和她带领的研究团队终于突破使用有机溶剂和加热溶解高分子的传统方法,创建出NaOH/尿素水溶剂体系和低温溶解生物质大分子的崭新方法,并在碱/尿素等三种水溶液中成功溶解了难溶解性纤维素、甲壳素,甚至聚苯胺。他们提出了利用低温下大分子与溶剂分子之间的氢键作用实现溶解的新机理,并证明溶解是物理过程。这是一项神奇的“绿色”技术,而且为研究棉短绒、蔗渣、虾壳、蟹壳等农业废弃物中这些最顽固的大分子转化为新材料开辟了一条全新的道路,并且有利于环保。

  张俐娜教授团队由低温溶解的纤维素、甲壳素以及聚苯胺/纤维素溶液通过“绿色”技术已成功制备出丝、膜、水凝胶、气凝胶、生物塑料、微球、泡沫塑料等新材料,并证明它们具有优良的力学性能、生物相容性、电子导电性、吸附分离能力以及在土壤和海水中完全生物降解性。重要的是,这些新材料在生物医用、光电储能、纺织、水处理等领域具有应用前景,而且材料废弃后,埋入土中 或丢弃海水中1~ 2个月,便能完全分解,有利于环保,可实现自然界的良性循环。

  目前张俐娜教授团队正在与四川丝丽雅集团有限公司进行“碱/尿素水溶剂低温溶解法制备纤维素和甲壳素新材料产业化及应用”合作。他们已成功纺出高强度再生纤维素丝,可望替代污染严重的粘胶法生产人造丝和玻璃纸以及其它新材料。该项新技术的工业化和应用是可持续的“绿色”生态系统,将有助于实现未来可持续发展的社会。

  2011年3月29日,凭借世界首创的一种低温水溶剂“秘方”,张俐娜教授获得美国化学会2011年安塞姆·佩恩奖,成为半个世纪以来获得该奖项的第一位中国人,该奖是国际上“纤维素与可再生资源材料”领域的最高奖。同时,项目还获国家自然科学二等奖(2012年)、中国高等学校十大科技进展(2012年)等多项奖励。张俐娜教授的基础研究成果已在国际SCI源刊发表论文600余篇,被他人引用18000次,获准专利100余项。张俐娜教授现任美国化学会重要刊物“ACS Sustainable Chemistry & Engineering”(可持续化学与工程) 的副主编。2016年英国皇家化学会“Chemistry World” 刊物对她做了专访,并报道她为“中国‘绿色’化学先驱”。 此外,张俐娜教授还荣获中国科学人(2011年)年度人物、全国优秀教师(1993年)及全国先进工作者(2000年)、全国优秀巾帼发明者(2002年)等国家级荣誉。

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