每年，全球海鲜加工产业会产生约6万吨鱿鱼骨废弃物，它们或被填埋、或被丢弃，既污染环境又浪费资源。与此同时，传统水净化膜技术正面临“两难困境”——要么通量低、过滤慢，要么截留率不足，难以应对纳米塑料、超细染料分子等新兴污染物，且制备成本高、碳足迹大。

如今，这两大难题被青岛科技大学高分子科学与工程学院教授张建明团队一举破解。日前，这一科学家团队让海鲜垃圾变身新型环保材料，他们将餐桌上常见的鱿鱼骨"变废为宝"，提取出直径为1.2纳米的超细β-甲壳素天然纤维，将这种超级材料制成滤膜，其突破性成果发表在国际顶级期刊《先进材料》。

《先进材料》审稿专家评价：“这项成果不仅刷新了水净化膜的性能极限，更为全球可持续水处理技术构建全新标准，进而为全球水污染治理难题，提供了成本可控、易于普及的绿色解决方案。”

鱿鱼骨制成的滤膜

破局：从废料富矿到净水新材

“当我们将视线聚焦于鱿鱼骨这一海鲜加工废弃物时，我们萌生的最初的想法——能否让‘无用的垃圾’变成‘有用的宝贝’，成为解决水污染难题的关键材料？”在接受《中国科学报》采访时，张建明道出了团队研究的初心。他提到的“宝藏”，正是自然界中储量丰富却长期被忽视的“资源富矿”——甲壳素。

作为自然界第二大丰富的高分子聚合物，甲壳素广泛存在于虾蟹壳、鱿鱼骨等海洋生物废弃物中，全球年产量约10亿吨，但其利用率不足10%，大量废弃物通过填埋或丢弃，不仅造成资源浪费，更成为环境污染的重要源头。

研究的首次关键转机出现在团队对鱿鱼骨结构的深入研究中。团队核心成员、青岛科技大学博士黄莎莎在分析鱿鱼骨分子结构时发现，其含有的β-甲壳素具有独特的平行链分子排列，这种结构使得通过氧化剥离工艺，极易提取高质量纳米纤维。

这项发现让团队眼前一亮，随即开始展开测试。

当第一次看到原子力显微镜的测试结果时，黄莎莎激动不已，难掩震撼：“从鱿鱼骨中高效提取出的甲壳素纳米天然纤维，它的直径竟然细至1.2纳米，相当于我们人类头发丝的六万分之一！”

“这种精细度仿佛是自然界亲手设计打造出‘精密工程’，远超我们的预期目标。”这一发现让团队意识到，鱿鱼骨不仅是废弃物，更是一座未被开发的“资源富矿”。张建明感慨：“我们不能再局限于提取纤维，必须找到它的核心应用价值。”

彼时，全球水净化膜技术正陷入“两难”：传统膜材料要么通量低、过滤慢，难以满足高效处理需求；要么截留率不足，对纳米塑料、超细染料分子等新兴污染物束手无策。与此同时，国际市场依赖的丝素、合成材料等存在成本高、可持续性差等问题，而国内水资源短缺与污染治理的双重压力，更让生物基低成本高性能膜材料的研发成为迫切需求。

张建明在办公室

攻坚：刷新净水膜性能极限

团队的进一步科研突破，始于对β-甲壳素分子结构的深度挖掘。

团队研究发现，鱿鱼骨中的β- 甲壳素不仅储量丰富，其独特的分子链结构可通过过硫酸铵（APS）氧化剥离工艺，激活负电荷网络，使制备的水净化膜孔隙率提升至 74.8%，为水分子搭建起 “超高速过滤通道”，从原理上解决了传统膜 “通量与截留率难以平衡” 的技术症结。

然而，这一科研路程并非一帆风顺。

在早期的真空过滤实验中，团队仅仅固定了甲壳素纳米纤维浓度与过滤时间，忽视了膜厚度对性能的梯度影响，这使得制备的滤膜要么因厚度不足导致纤维排列松散，截留率不达标；要么因厚度过厚压缩孔隙，导致通量骤降，性能始终无法突破。

“那段时间，我们全体扎根实验室，反复优化参数，但数据始终没有起色。”黄莎莎谈起那段煎熬的时期，仍能感受到当时大家的落寞。

黄莎莎在实验中

2024 年，青岛科技大学青年教师李柏霄博士的加入为团队带来新的突破思路。他通过梳理海量实验记录与扫描电子显微镜（SEM）图像，在组会上提出关键问题：“膜厚度并非简单的‘薄厚’选择，而是调控孔隙分布与流体动力学特性的核心变量。”

这一观点点醒了团队，随即设计了“厚度梯度实验”。

实验结果令人振奋——这种厚度仅为0.124微米的滤膜，在1个标准大气压下，每平方米面积每小时能过滤出46207升纯净水，同时能100%拦截直径小至100纳米的塑料微粒。而厚度为1.8微米的滤膜，对尺寸仅1.5纳米、约为新冠病毒尺寸的 1/50的罗丹明B染料分子截留率仍保持 99.2%。

更值得关注的是，经国际认证的全生命周期评估（LCA）与技术经济分析（TEA）双重验证：该滤膜展现出惊人的"低成本-高环保"特性——仅需约1/3枚一元硬币重量的6克鱿鱼骨即可制备出14000张仅为银行卡面积1/3的17平方厘米的滤膜。每张滤膜生产全程仅排放619毫克二氧化碳，相当于手机充电1秒钟的碳排放量。研究证实，这项技术不仅在过滤性能上碾压现有商用产品，更在大规模产业化应用中实现了"零成本原料+负碳排生产"的经济可行性与环境友好性突破。

李柏霄在实验室  

赋能：提供革命性绿色解决方案

“这项研究的核心突破，在于构建了‘生物废物驱动膜技术’的创新体系。”张建明指出，“传统膜材料主要依赖石油基聚合物，生产过程能耗高且碳排放量大。而我们以海鲜加工废弃物为原料，通过生物质转化技术，同步实现了废弃物资源化利用与水污染治理的双重目标。”

该技术的环境效益显著。张建明进一步阐释说，以鱿鱼骨为例，我国海鲜加工产业每年产生大量副产物，其中鱿鱼骨占一定比例。团队开发的定向脱钙-纳米纤化工艺，可有效处理这类废弃物，为水污染治理提供了高效手段。

在社会效益层面，该技术为水资源短缺地区提供了经济可行的解决方案。滤膜成本较传统商用聚砜膜大幅降低，操作压力需求更低，特别适合分布式净水场景。以部分缺水地区社区为例，采用该技术的小型净水装置年运维成本显著低于反渗透技术，能有效缓解当地饮水难题。

经济价值方面，原料成本占生产总投入的比例极低。可通过与企业建立的回收网络，形成系列供应链模式，大幅提升了鱿鱼骨等废弃物的附加值，降低工业与民用水处理成本。

目前，团队正全力推进的工作就是技术产业化。

“下一步，我们计划优化提取工艺和膜组装技术，先把这种滤膜集成到注射器式过滤器中，满足家庭、实验室等小型净水需求。”黄莎莎介绍，长远来看，技术还可拓展至海水淡化、工业废水回收等领域，为我国“海水淡化规模化应用”“工业废水循环利用”等国家战略提供技术支撑。

“这项成果的背后，是我们15年深耕生物基高分子领域的积累。”张建明表示，团队长期聚焦纳米纤维素制备、生物质纳米材料、生物降解高分子应用等方向，目前，已与山东星宇手套、吉林石化、圣泉集团、华昌化工等行业领军企业开展深度产学研合作，在高性能乳胶制品开发、合成橡胶应用推广、生物质纳米填料研发等领域推动科技成果转化，助力企业绿色低碳转型，紧密对接国家“双碳”目标与高质量发展需求。

从餐桌上的鱿鱼骨到守护生命之源的净水膜，这项研究通过材料创新与工程化实践，形成了“基础研究-技术突破-产业应用”的全链条创新。正如张建明所言：“我们不仅在实验室里变废为宝，更要在产业界让绿色技术落地生根。”目前团队正积极探索技术推广路径，为水资源治理贡献更多力量。

团队合影  受访者供图

论文相关信息：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202508514