一瞬にして、ザリガニの殻は「台所のゴミ」からマイクロプラスチックを捕らえる「小さな専門家」へと変身しました。

著者: Shi Xiangqi、Li Chuanfu

マイクロプラスチック汚染は地球規模の環境問題となっている。直径5mm未満のマイクロプラスチックは、海洋、淡水、飲料水、大気中に広く存在し、人間の健康や自然環境に潜在的な脅威をもたらします。最近、武漢大学資源環境科学学院の鄧紅兵教授のチームは、廃棄されたザリガニの殻を原料として、新しいタイプの全バイオマス繊維スポンジ素材を開発し、水中のマイクロプラスチックを除去するのに極めて高い効率を示した。

ザリガニ産業は湖北省の農村活性化のモデル産業です。ザリガニ産業が活況を呈する一方で、武漢市では毎年10万トン近くの余剰エビ殻が生産されており、深刻な環境汚染問題を引き起こしている。鄧紅兵教授の研究チームは、廃棄されたザリガニの殻を酸とアルカリで処理することで、水域に二次汚染を引き起こすことなくマイクロプラスチックを効果的に捕捉できるキチン繊維骨格材料が得られることを発見した。

研究チームはさらに研究を進め、エビキトサンとイカの骨やコウイカの骨に含まれるキトサンの2つの天然水素結合ネットワーク（α-キトサンとβ-キトサン）を「水素結合誘起再配置」と「多段階構造露出」という2つの戦略を用いて遮断・再配置し、多段階繊維構造のスポンジ材料を形成した。この材料の 100nm ポリスチレンマイクロスフィアに対する吸着容量は 411.14mg/g と高く、これは報告されている他のキチン/キトサン吸着材料の 3 ～ 48 倍です。

写真は加工前と加工後のエビの殻の比較です

研究チームは、準備の過程でトップダウンの「多層構造露出」戦略を採用し、2段階の簡単な酸塩基処理を経て、廃棄されたザリガニの殻を、天然繊維束の骨格と捕獲部位が二重に露出した3次元の多孔質ザリガニの殻に仕上げました。この構造を持つザリガニの殻を網袋に入れて水中に投げ込むと、水中のマイクロプラスチックを効果的に吸収することができます。また、この素材は使い捨てではありません。研究チームはまた、使用後のザリガニの殻に付着したマイクロプラスチックを「洗い流す」方法も開発し、ザリガニの殻の持続可能な利用を実現し、まさに「廃棄物による廃棄物処理」のグリーンサイクルを実現した。

さらに、研究チームは、イカの骨由来のキチンナノファイバーネットワークと綿由来のセルロースマイクロファイバーの水素結合自己組織化を利用して、複雑な環境要因に適応できる活性吸着部位を持つオールバイオマスの多層繊維フレームワークを構築し、高いバイオセーフティに基づくバイオマス多層繊維捕捉材料のための「力の動的変換」という新しい方法を提案しました。この材料は、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートに対して優れた吸着能力を示します。

写真は、さまざまなサイズと形状に作られたオールバイオマス繊維スポンジです。 （写真は研究チーム提供）

この材料は製造が簡単で、架橋剤を必要とせず、完全に分解できるため、非常に環境に優しい材料でもあります。実際の応用では、この新しいオールバイオマス繊維スポンジは、物理的な遮断、静電気引力、および複数の分子間相互作用を通じてマイクロプラスチックを除去することができ、無機粒子、重金属、有機汚染物質、微生物などの環境要因の影響下で安定した吸着を維持することができます。

将来的には、この材料は浄水器のフィルター要素、大規模な水道水浄化装置、下水処理場などのさまざまな場面で広く使用され、マイクロプラスチック汚染を制御するための効率的で経済的、かつ環境に優しいソリューションを提供します。