壳聚糖/TiO2 /ZnO三元纳米复合基船舶防污纳米涂料的研发与应用

　　为解决海洋生物污损对船舶和海洋结构的性能与耐久性挑战，研究人员开发了一种基于壳聚糖（chitosan）/TiO2 /ZnO三元纳米复合材料的醇酸树脂纳米涂料。通过提取虾壳中的壳聚糖，结合合成的ZnO纳米棒和TiO2 纳米颗粒，制备出具有优异抗菌和抗生物膜活性的复合材料。该涂料在45天海水浸泡试验中仅出现10%藤壶附着，显著降低宏观污损，为环保型海洋防污涂料提供了新方案。

　　

海洋生物污损是困扰船舶和海洋工程结构的“隐形杀手”。当金属表面浸入海水，短短几小时内便会形成有机 conditioning film（条件膜），随后细菌、藻类乃至藤壶等生物层层附着，最终形成复杂的生物污损群落。传统含铜和有机锡（TBT）的防污涂料虽有效，但因生态毒性被全球禁用。如何开发高效且环境友好的替代方案，成为海洋材料领域的重大挑战。

SRM科学技术学院的研究团队创新性地将天然高分子壳聚糖与金属氧化物纳米材料结合，开发出基于壳聚糖/TiO₂
/ZnO三元纳米复合材料的醇酸树脂纳米涂料。这项发表在《International Biodeterioration》的研究，通过多尺度表征和实际海试验证，为新一代防污技术提供了重要突破。

研究采用紫外-可见光谱（UV-Vis）、X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HR-TEM）等技术确认材料特性，并通过热重分析（TGA）评估热稳定性。关键实验包括：虾壳提取壳聚糖的脱乙酰化工艺、纳米复合材料的水接触角测试（WCA），以及在印度钦奈海域开展的45天现场浸泡试验。

Extraction of chitosan from shrimp shell
通过分步脱矿、脱蛋白和脱乙酰化工艺，从本地虾壳中提取出高纯度壳聚糖，其片状结构为后续纳米复合提供了生物载体。

Characterizations of synthesized nanomaterials
UV-Vis显示三元复合材料在TiO₂
与ZnO界面出现吸收边红移；XRD和HR-TEM证实ZnO为六方纤锌矿结构纳米棒，TiO₂
为球形锐钛矿相；X射线光电子能谱（XPS）验证了材料表面化学状态。

关键性能验证

• 抗菌测试：50 μg/mL浓度下对海洋细菌的抑制率达90%
• 疏水性：三元复合材料WCA达90.17°，优于单一组分
• 海试结果：涂层钢板宏观污损生物量减少13倍，藤壶附着率仅10%

这项研究的意义在于：首次将壳聚糖的天然抗菌性与TiO₂
/ZnO的光催化特性协同增效，通过纳米复合技术实现“接触抑制”而非毒性释放的防污机制。热重数据表明纳米颗粒在树脂中残留量达32.49%（760°C），保障了涂层长效性。团队特别指出，TiO₂
的可见光响应特性使其在日照条件下持续产生活性氧自由基，这对抑制微生物初始附着至关重要。

该成果为替代有毒防污涂料提供了可工业化生产的解决方案，其采用的虾壳废弃物资源化策略还具有循环经济价值。未来研究可进一步优化纳米颗粒控释工艺，以延长涂层的服役寿命。