鑽石舞台

工業清洗劑的大量使用以及伴隨產生的廢水對經濟和環境造成了巨大負擔和嚴重污染，迫切需要開發新型的經濟環保清洗劑。可循環清洗無疑是實現經濟環保清洗的最具吸引力的手段，符合可持續發展的要求，對建設資源節約型、環境友好型社會具有重大意義。動態共價鍵因其固有的可逆特性吸引了廣泛的興趣，它可以像共價鍵一樣強烈形成，但在某些條件下，可以像非共價鍵那樣可逆地斷裂和重組。基於動態共價鍵構築表面活性劑使得構建循環清洗劑成為可能。然而，要建立一個真正的可循環清洗劑還需要滿足更多的要求，包括對油污的高效分散和乳化能力、清洗油污後可完全油水分離、前驅體的水溶性和油不溶性以確保無損失、以及低成本和生態友好性等，建立滿足所有上述特徵的動態表面活性劑是一項非常具有挑戰性的難題，文獻中尚未有對這類表面活性劑的報道。

中科院化學所王毅琳課題組通過嘗試多種不同醛和胺的組合，最終發現由2甲酰基苯磺酸鈉鹽（FBSS）和不同鏈長線性胺（CnNH2，n=6~12）構建的動態亞胺表面活性劑可以實現循環去油污。該體系中動態表面活性劑的形成和解離具有優異的pH響應可逆性，從而賦予了體系優異的可循環性能。動態表面活性劑可以在鹼性條件下形成，並通過形成水包油乳液有效地包裹和去除油污；當體系變為酸性條件時，動態表面活性劑自動解離，乳液破壞，油滴被釋放並漂浮到上層；在除去油層並將溶液調回鹼性後，動態表面活性劑被重構並用於下一個清洗循環。FBSS/C8NH2具有最高的循環清洗效率，並且對不同基材（不鏽鋼、塑料、橡膠和玻璃）上油污的清洗可重複使用至少10次。這是因為FBSS/C8NH2體系具有最低的動態表面張力，表明表面活性劑分子傾向於快速擴散到界面。

FBSS/C8NH2的最低油/水界面張力也確保了其優異的乳化能力。更重要的是，FBSS/C8NH2的強自組裝能力促使體系形成從小囊泡到網絡再到空心球的分級組裝結構，這使表面活性劑分子能夠快速在油滴附近富集並包覆油滴。本體系的動態表面活性劑除了具有可循環利用和高效去除油污的優點，還具有環境友好的優勢，油/水分離很容易發生，產生的廢水對生態系統的影響微乎其微。總之，本研究所建立的循環清洗策略通過重複使用大大延長了清洗劑的使用周期，顯著降低了清洗劑的消耗、成本以及環境污染，有助於洗滌劑行業的可持續發展，對建設生態友好型社會將具有重要貢獻。

圖1可循環表面活性劑去油污策略示意圖。

圖2 FBSS/CnNH2動態亞胺表面活性劑的形成和表徵。（a）FBSS與CnNH2化學反應方程式。（b）FBSS/C8NH2（15.0 mM）在pH 10.0和2.5下的1H NMR信號峰。（c）等溫滴定量熱曲線：將FBSS溶液滴到C8NH2溶液中的熱流值隨時間的變化曲線，內插圖為觀察焓隨FBSS和C8NH2摩爾比的變化曲線。（d）FBSS/CnNH2各體系表面張力曲線。（e）FBSS/CnNH2各溶液濁度值。（f）FBSS/CnNH2各溶液中形成聚集體的尺寸分布。（g）FBSS/C8NH2溶液（15.0 mM）中聚集體的共聚焦顯微鏡圖像。（h）FBSS/CnNH2各溶液的Zeta電位值。

圖3 FBSS/C8NH2溶液中多級組裝結構的表徵和組裝機理示意圖。（a）冷凍掃描SEM圖像（a1-a6）。（b）冷凍透射TEM圖像（b1-b3）。（c）囊泡、網絡結構和中空網絡球形成的示意圖。

圖4 FBSS/CnNH2動態共價表面活性劑循環清洗不鏽鋼板表面油污的結果。（a）在pH 10.0，FBSS/C8NH2溶液清洗塗有油污的不鏽鋼板後形成的乳液照片（上排）；當pH調至2.5發生油水分離，油滴向溶液頂部富集（下排）；（b）乳液表面（上圖）和析出油層（下圖）的放大圖。（c）經FBSS/CnNH2各溶液超聲清洗後置於紫外光下的不鏽鋼板，殘留的油污在紫外光照射下會發出藍光，反之，則表明無油污殘留。（d）採用稱重法測出FBSS/CnNH2各溶液在不同循環次數下的清洗效率。（e）不同pH下尼羅紅最大發射波長，以550 nm波長激光激發，濃度為10.0 µM；（f）尼羅紅最大發射波長在pH 10.0（藍色方塊，~635 nm）和pH 2.5（紅色方塊，~655 nm）間的10次循環，表明聚集體的形成和解散是可逆的。

圖5 動態共價表面活性劑循環去油污機理示意圖。

王毅琳，中國科學院化學研究所研究員，博士生導師，國家傑出青年基金獲得者。主要研究方向：設計合成新型表面活性劑，利用表面活性劑的表界面結構、自組裝規律和相行為，建立適用於農藥施用、消毒殺菌、工業清洗、廢水處理、個人護理以及提高採收率等領域的高效功能體系。先後負責和承擔了科技部和基金委多個重點項目，發表SCI論文200餘篇，申請發明專利30餘項。

通訊郵箱：yilinwang@iccas.ac.cn.

韓玉淳，中國科學院化學研究所副研究員。主要研究方向：新型表面活性劑復配體系的組裝規律和性能調控的基礎與應用研究。主持和參與過多項國家自然科學基金項目，發表SCI論文70餘篇，申請發明專利7項。

通訊郵箱：hanyuchun@iccas.ac.cn

王騰達，論文第一作者，中國科學院化學研究所2020級博士研究生。研究方向：表面活性劑在高效去油污、銀片刻蝕和抗菌等方面的應用。

課題組鏈接：http://yilinwang.iccas.ac.cn

T. Wang, S. Dai, J. Wang, et al. Detachable and hierarchical assemblies for recyclable and highly efficient oil-fouling removal. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4986-y.

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