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《以色列科研人员研究发现水母黏液可用于去除水中微塑料》

  • 来源专题：水环境治理与保护
  • 编译者： 王阳
  • 发布时间：2023-04-25

  • 以色列布劳德工程学院近日发表声明说，由该校研究人员领衔的一个国际团队发现，从一些水母中提取的黏液可在水中“捕获”微小颗粒并加速其沉淀，从而较为高效地去除微塑料等污染物质。相关论文已发表在国际学术期刊《整体环境科学》杂志上。

    领衔这一研究的以色列布劳德工程学院教授伊萨姆·萨巴赫在声明中介绍，研究表明一些水母黏液中含有一种糖蛋白，这种糖蛋白可吸附大小为100纳米至2000纳米的颗粒，使微小的纳米级颗粒立即沉降，从而去除水体中的微塑料成分。

    根据声明，该研究为欧盟GoJelly海洋微塑料研究项目的一部分，这一项目旨在寻找针对塑料污染的解决方案，利用胶质成分来攻克微塑料污染问题。研究人员计划将最新研究结果投入实际应用，如研发用于废水处理的生物过滤器，以减少进入土壤和海洋的纳米级微塑料。

    微塑料指直径小于5毫米的塑料颗粒，它们在海洋中的累积会污染生态系统。美国研究人员综合多年观测数据发现，自2005年以来，全球海洋中的微塑料污染物数量快速增长，目前可能共有超过230万吨微塑料漂浮在表层海水中。

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  • 《金属所科研人员发现固体庞压卡效应》
    • 来源专题：中国科学院亮点监测
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-03-30
    • 制冷技术在当今社会工农业生产、日常生活等多个领域均起到了至关重要的作用，联合国统计数据表明全球每年25-30%的电力被用于各种各样的制冷应用。而这些应用绝大部分依赖传统的气体压缩制冷技术，普遍使用对环境和人体有害的制冷剂。因此，寻求绿色、环保、低能耗的替代制冷方案已经成为学术界和工业界共同努力的方向。特别是当前我国高端制冷压缩机技术仍然欠缺，探索新的制冷技术方案则有望从根源上解决该技术领域的“卡脖子”问题。 　　近年来，基于固态相变热效应（caloric effects）的固态制冷技术被认为是最有希望取代传统气体压缩制冷的技术方案。固态相变热效应主要包括磁卡效应（magnetocaloric　effect,MCE）、电卡效应（electrocaloric　effect,ECE）、弹卡效应（elastocaloric　effect,eCE）以及压卡效应（barocaloric effect, BCE）。前三者分别源于相应外场对铁性体系（ferroics）中磁矩、铁电极化或晶体结构畴的有序度的调控，而后者则常常涉及压力诱导的晶体结构相变。固态相变制冷材料的性能主要由等温熵变所描述。固体压卡效应的制冷循环，如图1所示。遵循以上的物理认识，经过数十年的发展，主流固态相变制冷材料的等温熵变提高到了50 J kg-1K-1左右，且需要较大的外场，这成为该技术走向应用的障碍。因此，如何提高固态相变制冷材料的性能成为一个兼具物理意义和应用价值的研究课题。 中国科学院金属研究所功能材料与器件研究部李昺研究员、张志东研究员、任卫军研究员等组成的研究团队在一系列称为塑晶（plastic crystals）的有机材料里发现了基于分子取向序的压卡效应，等温熵变最高达687 J kg-1K-1，较传统固态相变制冷材料高出了一个数量级，见图2。塑晶是一类高度无序的固体材料，其有机分子或者无机结构单元的取向完全无序，但是质心位置却构成了长程有序的晶格。在这些体系中，所需驱动压力极低，且材料十分廉价，具有诱人的应用前景。选择新戊二醇（英文名：neopentylglycol，缩写为NPG；分子式：C5H12O2；IUPAC名称为2,2-Dimethylpropane-1,3-diol）为模型材料，运用高压热测量技术、高压中子散射技术、高压同步辐射X射线衍射技术等，揭示了塑晶材料出现庞压卡效应的深层次物理机制。该项研究工作发表于Nature（Nature 567， 506 (2019),（https://doi.org/10.1038/s41586-019-1042-5），李昺研究员为该文的独立第一作者兼通讯作者。该杂志同期还刊登了评述性短文《Refrigeration based on plastic crystals》来阐述该项工作的内涵和意义。　 金属所研究人员和日本大阪大学Takeshi Sugahara副教授合作，利用高压微量热仪测量了NPG在高压条件下的等温熵变，发现在45.0MPa压力下熵变已经达到最大值——389 J kg-1K-1，且在15.2 MPa下已经达到了最大值的一半（图3b）。这一驱动压力较传统压卡效应材料低很多，具有明显的应用优势。接下来，在日本大型同步辐射光源SPring-8 Saori I. Kawaguchi博士、Shogo Kawaguchi博士、Koji Ohara博士、陈艳娜博士、Osami Sakata教授的协助下，分别在BL02B2谱仪和BL04B2谱仪进行了高分辨同步辐射X射线衍射和高压同步辐射X射线衍射测量，发现压力可以驱动材料发生从无序到有序的相变（图3c）。最为关键地是在日本散裂中子源（J-PARC）中子科学部Kenji Nakajima主任、Yukinobu Kawakita副主任、Seiko Kawamura博士、Takanori Hattori博士和Tatsuya Kikuchi博士的全力支持和多方协调下，突破重重技术难关，在极短时间内成功实现了高压超高精度准弹性中子散射测量。利用世界上能量分辨率最高的冷中子时间飞行谱仪AMATERAS和特殊设计加工的高压样品腔，获得了高压环境下NPG样品的准弹性中子散射谱，直接从原子层次揭示了压力对分子取向无序的抑制是产生庞压卡效应的本质原因（图3d - g）。这一实验结果也被美国佛罗里达州立大学Shangchao Lin助理教授组的分子动力学模拟结果所证实（图3h,i）。同时与澳大利亚核科技组织（ANSTO）的Dehong Yu博士、Richard Mole博士合作，在时间飞行谱仪PELICAN上获得了完整的晶格动力学数据，发现了强烈非简谐特征。 借助大科学装置的强大实验能力，该研究团队成功地确立了庞压卡效应的物理机制，从本质来源角度确认了庞压卡效应的发现。塑晶这一特殊物态，兼有晶体和液体的特征。巨大的分子取向无序导致了固态相变处的熵变比熔化熵还大，无序自由度在系统总自由度的占比接近维持固体刚性的极限；分子间的弱相互作用导致极大的压缩性，微小压力即可驱动相变；强烈的晶格非谐性使得晶格的压力效应得以转化为熵变。该研究中所报道的这些有机材料所需驱动压力小、成本低廉，具有明显的应用价值。同时，将塑晶引入固态相变制冷材料研究领域，将极大地丰富固态相变制冷研究的材料体系，为发现和设计性能更加优异的材料提供了可能。 　　参与该项工作的还有台湾同步辐射研究中心驻ANSTO团队成员Shin-ichiro Yano博士、美国加州大学Irvine分校的王辉博士、北京高压科学研究中心的李阔研究员等。本工作得到了中国科学院“相关人才计划”、国家自然科学基金（11804346,51671192，51531008）的资助，也得到了J-PARC（2018AU1401，2018B0014）、SPring-8（2018B1095，2018A2061）和ANSTO的大科学装置机时支持。
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  • 《科学家发现鱼摄入塑料的证据》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：mall
    • 发布时间：2017-05-03
    • 来自普利茅斯大学的PML（Plymouth Marine Laboratory）科学家和同事已经验证了鱼类幼虫摄取海洋中微塑料的例子，包括纤维物质。这项研究现已经发表在最新一期的《Environmental Pollution》期刊上，是同时评估水中微塑料浓度和鱼类幼虫摄入量的首次研究。 微型塑料（塑料尺寸小于5毫米）现已在世界各地的海洋环境中得到记录，这些海洋环境对所有海洋生物构成潜在风险。然而，我们仍然不了解带来生态与经济效益的幼体有机体（如鱼类幼体）如何与微量塑料相互作用并受其影响。 本研究的科研人员评估了普利茅斯沿岸野生鱼幼虫吸收微塑料的事件。他们发现，在2016年4月至6月期间，2.9％的鱼幼虫摄取了微量塑料，其中66％是蓝色纤维（blue fibres），与同时采集水样中的蓝色纤维非常相似。 在沿海大陆架海域，如支持大型渔业的英国周边地区，也具有高水平的微量塑料污染。在这些沿海栖息地，鱼类具有重要的生态和经济作用，但在早期的生命阶段，浮游鱼幼虫易受到污染、环境压力和捕食危害。 研究表明，牙鳕（Merlangus merlangus）是摄入微量塑料的主要物种（根据其在采样样本中的丰度表现）。随着距离普利茅斯海岸越来越远，微塑料浓度也逐渐降低，鱼类幼鱼浓度不断增加。研究发现，摄入量随海岸线距离的增加而不断减小，这表明了降低水中微塑料浓度的影响。 在PML完成这项工作的Madie Steer评论说：“这项研究的目的不仅要评估鱼类幼虫是否摄入微塑料，还要评估摄入的空间格局。我们知道微塑料被许多不同的生物吸收，但是我们现在需要了解为什么有些研究报告给出的摄入率高，而像本文这样的摄入率又相对较低。它反映的是生物体的生理或行为，还是水中微塑料的特征？ PML高级科学家和研究的合著者Pennie Lindeque博士也评论说：“虽然本研究中得出的摄入量相对较低，但鱼类幼鱼只能在水层中喂养数天至数周。考虑到我们最靠近岸边的采样站，每立方米水量中塑料含量比鱼幼体高出27倍，而塑料需要几个世纪才能降解，那么问题只会变得更糟。” 海洋塑料碎片是由于废物管理不善以及渔业、工业、航运和旅游业等意外损失造成的。合成纤维（如尼龙和聚酯）的普及率上升意味着更多的微纤维通过污水排放口释放到沿海水域。目前没有办法从废水中除去这些微量塑料纤维。 Madie Steer总结说：“我们知道水中存在大量塑料，而多数动物会吸收这些塑料，并且我们预计将有更高的摄入量。特别是对于重要的商业鱼类，了解微量塑料是否会影响其生存显得至关重要，因此需要更大规模的研究。” 通过说明沿海地区微型塑料与鱼类幼虫摄入的相关性，这项研究为未来的进一步研究提供了重要的基础生态学数据。 （於维樱 编译）
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