棉织物虽广泛应用，但易燃、亲水、易滋生细菌，传统表面改性和含卤阻燃剂存在耐久性差及环境毒性等问题。为此，本文利用农业生物炭制备功能化“绿色石墨烯”，并与“白色石墨烯”六方氮化硼协同复合，通过氢键与静电作用形成稳定涂层，旨在同步提升棉织物的疏水、阻燃、抗菌及机械性能。
本文将农业废弃物衍生的胺化绿色石墨烯与羟基化六方氮化硼复合，在棉织物上构筑协同杂化涂层。所得织物疏水角达129°，极限氧指数提升至30.2%，机械强度与韧性分别提高约171%和246%，并兼具优异抗菌性与水浸稳定性。分子动力学模拟验证了其原子尺度的结构稳定性，为开发高性能、阻燃、抗菌纺织品提供了可持续路径。
(a)为涂层制备示意图；(b)XRD显示涂层后棉织物保留其特征峰，并出现AGG与h-BN-OH的新峰；(c)Raman光谱证实AGG的D峰与G峰以及h-BN-OH的E₂g振动峰；(d-f)Raman及光学 Mapping图像表明AGG与h-BN-OH在棉纤维表面均匀分布，形成致密涂层（图1）。
XPS显示涂层后碳、氮、硼含量显著增加，高分辨谱证实C-N/B-N及氢键作用增强。光学显微镜表明纤维直径由约12.9 μm增至约25.6 μm，SEM图像显示AGG与h-BN-OH在纤维表面均匀包覆，形成稳定界面结构，为多功能性奠定基础（图2）。
水接触角测试表明涂层后由61°提升至129°，实现疏水。应力-应变曲线显示4 wt% AGG/h-BN-OH涂层使断裂强度与韧性分别提升约171%和246%。TGA结果显示该涂层显著提高起始分解温度与700°C残炭率（28 wt%），增强热稳定性（图3）。
红外热成像显示涂层棉织物热传播时间由10 s延长至32 s，残炭率约37%。SEM表明涂层后形成致密炭层，有效保护内部纤维。极限氧指数（LOI）测试显示涂层织物LOI由19.1%升至30.2%，垂直燃烧后炭长仅为2.4 cm，证明其优异的自熄与抑燃性能（图4）。
涂层棉织物表面温度上升最慢（70°C），而原始棉织物升温最快（77.6°C）。干涉条纹偏转角度显示涂层后热对流减弱，对流换热系数从9.6降至6.5 W/m²·K，热流密度从444降至256 W/m²，证明AGG/h-BN-OH涂层显著抑制了热传导与热对流（图5）。
AGG/h-BN-OH涂层对金黄色葡萄球菌抑菌圈为12.5 mm，对大肠杆菌达15.5 mm，优于单独AGG涂层。菌落计数进一步证实涂层织物细菌存活率最低，抑菌率最高。该协同涂层通过表面官能团破坏细菌细胞膜，实现高效抗菌（图6）。
雷达图显示，本研究在机械强度、疏水性、热稳定性及火焰传播时间等关键指标上均优于已有报道，证实了AGG与h-BN-OH协同涂层在实现棉织物多功能化方面的显著优势和综合性能提升（图7）。
原始纤维素在12 ps即出现CO/CO₂碎片，h-BN-OH涂层体系推迟至22 ps，而AGG/h-BN-OH双涂层体系进一步推迟至32 ps。定量分析表明，双涂层体系碎片生成速率最慢，AGG中间层增强了界面结合与结构限域效应，从原子尺度解释了其优异阻燃机制（图8）。
本研究表明，通过将农业废弃物衍生的胺化绿色石墨烯与羟基化六方氮化硼复合，成功制备出高性能多功能棉织物。该协同涂层利用氢键与静电相互作用形成稳定界面网络，使棉织物疏水角达129°，极限氧指数提升至30.2%，机械强度与韧性分别提高约171%和246%，并表现出优异的抗菌性与水浸稳定性。结合分子动力学模拟验证，该无卤、可持续的涂层策略为开发面向医疗、防护及航空航天等领域的高端纺织品提供了绿色可行的技术路径。
近期，该研究成果以“Conversion of agricultural waste into green–white graphene hybrids for high-performance textiles”为题发表于学术期刊《Chemical Engineering Journal》，论文第一作者为Moumita Kotal，通讯作者为巴西坎皮纳斯州立大学Douglas Soares Galvão。
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176668
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