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加拿大一枝黄花“变形记”

来源:光明网2026-01-27 16:18

  你是否在马路边、荒地旁见过这种植物?它开着金黄色的花,有长根状茎,最高可达2.5米。这种植物繁殖力极强,会疯狂挤占其他植物生存空间,严重破坏生态平衡。

  它就是加拿大一枝黄花,生态学意义上的“恶之花”。它并非我国土生土长的植物,而是外来入侵物种。作为一种多年生草本园艺植物,加拿大一枝黄花自1935年作为观赏植物引入上海、南京等地,由于种子数量极多,种子萌发成活率高,它能在荒地或受干扰的环境中迅速形成幼苗种群,并迅速蔓延,成为一种常见杂草。

加拿大一枝黄花“变形记”

  加拿大一枝黄花

  “恶之花”的变身

  通常,应对加拿大一枝黄花的方法是在种子还未成熟时连根拔除,或在花籽成熟期用塑料袋套上花轴,用剪刀剪下,对残留的枝根深耕后捡除,就地焚烧,治理成本高效果并不佳。然而,科学家们发现,加拿大一枝黄花的茎秆中纤维素含量高达‌46%‌,相当于一座可再生的天然高分子宝库。从这个角度来看,它或许只是“放错了地方的资源”。

  于是,一个变废为宝的构想就此诞生:用它的“骨架”来制造有用的新型材料。

  最近,上海海洋大学副教授薛斌团队在学术期刊《表面和界面》(Surfaces and Interfaces)上发表了一项研究成果,实践了这种想法,为这些“恶之花”找到了一个绝佳的归宿,将它们变成高效净水的“神奇海绵”,用于处理含有油污的废水。

  团队成员先将加拿大一枝黄花的茎秆烘干、粉碎,用碱液和氧化剂去除杂质,提取出纯净的纤维素。接着,把这些纤维素与环保粘合剂聚乙烯醇(胶水的主要有效成分)和天然有机酸柠檬酸(橙汁饮料里酸酸的成分)混合,经过冷冻干燥后,再用160 ℃低温加热10分钟,就制成了一种亲水的充满了孔隙的轻质气凝胶,也可以称为“爱喝水的海绵”。

  这种“喝水海绵”看似普通,却有个神奇特性:在水下极度“讨厌”油污。水中的油滴碰到它就像皮球撞到墙,接触角高达140°,此时海绵表面形成了一层隐形水膜,油污根本粘不住。把它放进油水混合物里,水能沿着孔隙顺利流过去,油却被死死挡住。分离过程完全靠重力驱动,不用消耗额外能源。处理异辛烷等常见油污和水的混合物时,每小时能净化3100升,分离效率超过98%,重复使用10次后性能依然稳定。

  “一块海绵两副面孔”

  不仅如此,将这种亲水气凝胶拿到210 ℃高温下再烘烤2小时,它可以变身成“疏水气凝胶”,也可以称之为“吃油海绵”。这时,它又极度讨厌水,接触角为135°,但吸油能力极强,能强力吸附各类有机溶剂。它既能轻松吸走水面的浮油,也能捕捉沉在水下的重质油。吸收重油的代表——氯仿(三氯甲烷)的能力是自身重量的31倍,意味着一块10克的“吃油海绵”能吸310克油。

  一块海绵为什么会有两种性格?团队成员介绍,纤维素、聚乙烯醇和柠檬酸在高温下发生了酯化反应,像编织渔网一样形成了牢固的化学键,让海绵结构特别稳定。表面布满“水分子欢迎站”,形成水合层把油挡在外面;经过了高温烘烤,“喝水海绵”表面的亲水基团被“烤干”,变成了富含“油分子欢迎站”的“吃油海绵”。

  借助蠕动泵的吸力,这种“吃油海绵”还能实现连续吸油。把它放在油污区域,接上软管,就能像吸尘器一样连续作业,把油污直接抽进收集瓶,适合处理大面积油污。不过,它也并非没有缺点,遇到粘度较高的油,吸油速率会变慢,但面对汽油等常见低粘度油污,效率则很高,重复使用5次后分离效果仍保持稳定。

  与传统油污处理方法相比,采用“双重性格海绵”更环保、更可持续。它的原料来自入侵植物,不仅解决了加拿大一枝黄花的处置难题,还实现了“变废为宝”,制成的气凝胶“海绵”密度低、孔隙丰富,且可降解,环境友好。

  从令人头疼的“恶之花”,到“放错了地方的资源”,加拿大一枝黄花的华丽变身,不仅为油水分离提供了低成本、高性能的绿色方案,也为有害生物资源的高值化利用提供了新思路。未来,这种生物质气凝胶有望在海上溢油清理、工业废水和餐厨污水处理等多个领域大显身手。

  审核专家:薛斌 上海海洋大学食品学院副教授

  记者:蔡琳

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