在地球生命的漫长进化史中,头发的出现不过是个微不足道的事件。对于绝大多数动物来说,毛发也不过是防护、保暖或吸引异性的工具。
然而,对于人类来说,头发的作用不止于此。
你觉得长头发只是为了舒适好看吗?其实头发也是有内涵的!2022年1月14日,汤加火山爆发引发的海啸波及全球。远在10,000公里外的秘鲁利马海岸,也未能幸免。海浪冲击了一艘正在卸载原油的油轮,导致6,000多桶原油泄漏到海洋中。秘鲁太平洋沿岸的21个海滩受到漏油污染,造成了“近代史上最严重的生态灾难”。
图源:USA TODAY
面对艰巨的漏油清理任务,秘鲁政府提出了一个出人意料的解决方案——号召市民捐献头发!
秘鲁女孩捐献长发以协助油污清理
图源:Bloomberg Quicktake
漏油为什么要捐头发?原来,秘鲁政府是想把头发做成大型香肠状的装置,用来放到海洋中吸收油污,从而净化海水。
图源:euronews
这种香肠状装置能处理漏油,皆因为头发能吸油。此发现主要归功于一位Tony老师。1989年3月,美国埃克森公司的“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮在阿拉斯加附近撞上一块礁石,导致1100万加仑的石油泄漏。一位叫菲利普·麦克洛里(Phillip McCrory)的资深理发师看了电视转播,画面里的海獭浑身浸透了油。这给了他灵感:动物的毛发可以吸油,那么人的头发也可以吗?
全身披着厚厚石油的海獭 图源:www.core77.com
于是这位Tony老师做了个实验,结果令人吃惊:头发不仅能吸油,能吸得还不少!经计算,平均每1公斤头发可以吸收8公斤的油!并且他发现,头发会吸附而不是吸收石油。也就是说,油不是与头发结合,而是在头发表面聚集,只需将油从头发中挤出即可轻松回收。
图源:imgur.com麦克洛里发现了与他的想法相似的专利,这些专利涉及用羊毛和鸭毛等材料吸油,但它们的吸附性不如人的头发。他将自己的发现提交给美国国家航空航天局(NASA),并获得了进一步的证实。随后,麦克洛里开发出了吸油的“发垫”装置,并于1993年申请了专利。
图源:howstuffworks
那么问题来了,为什么头发能大量吸附石油,而不吸收水呢?这是由头发的“吸油精”结构特性决定的。头发的65%~95%是由角蛋白组成的,具有极强的疏水性;而油主要是由各种烃类组成的疏水类物质。根据相似相溶的原理,头发亲油疏水,天生就喜欢和油混在一起,饱受油头困扰的小伙伴应该深有体会吧。
图源:ca.style.yahoo.com
同时,头发的表面并不光滑,每根头发表面都布满孔洞和裂纹。头发的最外层通常由2到4层的鳞片组成,这些鳞片就像微小的吸盘,能够让头发与油充分接触并有效地吸附油脂。因此,头发成了天然的“吸油海绵”,在水中的吸油效果甚至优于其他化学吸油剂,简直是清理漏油的神器。
头发鳞片示意图&显微照
图源:参考文献[4]
如果说麦克洛里发现了头发能够处理石油,那么真正将这项技术推广并发扬光大的,是一个名为 “Matter of Trust”的非营利组织。该组织的创始人莉萨·戈蒂埃(Lisa Gautier)找到麦克洛里,邀请他开展了一系列关于头发吸附石油的研究和试验,并推广和使用相关技术,以解决环境问题。
左:头发吸油发现者麦克洛里右:“Matter of Trust”创始人莉萨·戈蒂埃图源:matteroftrust.org
石油回收装置
图源:matteroftrust.org
头发吸油具有环保无害、高效吸附且成本低廉(主要依靠捐赠)的优点。在1998年加利福尼亚州漏油事故、2007年旧金山湾漏油事故以及2010年墨西哥湾漏油事故等事件中,在Matter of Trust等组织的号召下,大量头发被用来制作吸油垫,并投入到漏油清理工作中,发挥了举足轻重的作用。
2010年墨西哥湾漏油事故后,美国西密歇根州的民众自发组织捐献头发 图源:www.mlive.com
虽然如此,头发吸油技术并没得到大面积推广。首先,据说一个人的头发一个月大概长1.25厘米,一年才长50 g左右(在不断生长、没有脱落的理想情况下!),一个人至少要长20年才能攒1公斤头发!所以,收集足够量的头发需要大量的时间和人力。其次,头发吸油垫主要适用于表面油污的吸附,对于深层或分散的油污,其效果有限。另外,在大规模突发性的漏油事故中,头发难以迅速大量获取,化学吸油剂反而更为高效和便捷。
广泛应用的吸油垫通常由不同厚度的聚丙烯制成,垫子由单层或多层聚丙烯纤维编织而成 图源:www.absorbentsonline.com
化学吸油剂用于吸附或溶解油污,常见的材料包括聚丙烯(PP)、亚麻纤维、聚酯类合成纤维以及沸石等。处理漏油还要用到分散剂、固化剂和中和剂等——这些化合物通过降低油水界面的表面张力、形成固态物质或改变油的化学性质来处理油污。化学吸油剂吸附速率快,适用于大面积泄漏,易于量产和使用。与头发相比,化学吸油剂能及时响应大规模油污事件,但可能对环境造成生态系统破坏,难以降解。
使用头发堆肥富集土壤中的氮源 图源:www.doityourself.com
其实,吸油仅是头发的本领之一。在解决收集与安全性问题的前提下,头发还有诸多用途:可吸附水中的重金属,起到净水作用;可作为肥料提供植物所需的氮元素,并具有防虫效果;可用于农业节水;可作为提取氨基酸的原料用于制药,还可作为手术缝合线等。除此之外,你还能想到头发的哪些用途呢?欢迎在评论区补充~
参考文献
[1]Hair Matters Program History | MatterofTrust.org
[2] B. D. McCrory and P. A. McCrory. Device for containing and absorbing oil spills on water: US Patent 5453191 [P]. 1995-09-26.
[3] P. A. McCrory. Device for absorbing oil from water: US Patent 6146529 [P]. 2000-11-14.
[4] Deedrick D W, Koch S L. Microscopy of hair part 1: a practical guide and manual for human hairs[J]. Forensic science communications, 2004, 6(1).
[5] Murray, Megan L., Soeren M. Poulsen, and Brad R. Murray. "Decontaminating terrestrial oil spills: a comparative assessment of dog fur, human hair, peat moss and polypropylene sorbents." Environments 7.7 (2020): 52.
[6] Pagnucco, Rebecca, and Megan L. Phillips. "Comparative effectiveness of natural by-products and synthetic sorbents in oil spill booms." Journal of environmental management 225 (2018): 10-16.
[7] Gupta A. Human hair “waste” and its utilization: gaps and possibilities[J]. Journal of waste management, 2014, 2014.
[8] Zheljazkov V D, Silva J L, Patel M, et al. Human hair as a nutrient source for horticultural crops[J]. HortTechnology, 2008, 18(4): 592-596.
作者:纪明华,中国科学院上海高等研究院博士
策划&编辑:小小蒲公英
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