污水處理技術(shù)的進(jìn)步不僅是生物工藝、機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化，其實(shí)材料化學(xué)領(lǐng)域的突破對(duì)污水處理效率的提高也大有幫助。最近，蘭州大學(xué)和俄羅斯人民友誼大學(xué)的材料化學(xué)家聲稱研發(fā)了一種可以快速去除廢水中的納米新材料。小編在本期將帶大家看看他們的研究成果。

快速處理染料廢水的新材料

蘭州大學(xué)功能有機(jī)分子化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和俄羅斯人民友誼大學(xué)（RUDN）的化學(xué)家研發(fā)了一種納米混合催化劑，可以快速去除污水中的頑固有機(jī)染料。這種催化劑不需要任何額外的強(qiáng)侵蝕性溶劑。他們的研究成果發(fā)表在《無機(jī)化學(xué)》（Inorganic Chemistry）期刊。

工業(yè)塑料、纖維和其他材料的染色需要用到有毒的有機(jī)染料。這些染料一般會(huì)進(jìn)入污水處理廠，但也有不少可能被偷排到工廠附近的河道，因此這些染料對(duì)我們?nèi)梭w和環(huán)境都是個(gè)危險(xiǎn)的隱患。處理含有染料的廢水一般需要化學(xué)方法，例如用混凝劑加快染料分子的沉淀，但產(chǎn)生的污泥需要盡心后續(xù)處理處置。另外也有使用臭氧來對(duì)染料進(jìn)行分解，但這技術(shù)成本不菲。中國(guó)蘭州大學(xué)的劉偉生教授和唐瑜教授，聯(lián)合俄羅斯人民友誼大學(xué)和巴基斯坦、葡萄牙等幾所大學(xué)的化學(xué)家，研制了一種成本更低、而且更環(huán)保的染料廢水處理技術(shù)。

他們采用的材料是一個(gè)混合納米材料，名叫納米金屬有機(jī)骨架（NMOF）。顧名思義，就是將納米技術(shù)引入到金屬-有機(jī)骨架（Metal-Orgainc Frameworks, MOFs）材料中來。NMOF如今已經(jīng)是材料科學(xué)界的一個(gè)熱門研究領(lǐng)域，這種材料除了具備傳統(tǒng)MOF晶體材料可設(shè)計(jì)性的優(yōu)點(diǎn)之外，還兼?zhèn)浼{米材料獨(dú)特的物理、化學(xué)特性，具有優(yōu)異的吸附，傳質(zhì)和催化性能，因此被認(rèn)為在生物醫(yī)藥、物質(zhì)分離、化學(xué)傳感器、磁共振成像等方面都具備潛在的應(yīng)用價(jià)值。

如上圖所示，這種網(wǎng)格材料包含金屬銅原子和有機(jī)分子。這種新納米材料的第二個(gè)組成部分是由含有鈰的鎂鋁層狀雙氫氧化物制成的基底。這兩部分會(huì)自行組織形成平面狀的納米結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的一大特征就是同時(shí)具有多空和結(jié)晶體的特性，而且也很牢固。

研究員在報(bào)告里對(duì)于整個(gè)合成工藝進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并且用這種材料作為催化劑，對(duì)含有有機(jī)染料的污水進(jìn)行測(cè)試。這些有機(jī)染料包括亞甲藍(lán)（methylene blue），剛果紅（congo red），甲基橙（methyl orange）等有機(jī)染料。結(jié)果顯示，這種和混合納米網(wǎng)格能夠快速去除水溶液中的染料：甲基橙在1分鐘左右的時(shí)間內(nèi)失活，一種叫羅丹明6G（rhodamine 6G）的穩(wěn)定熒光染料也在幾分鐘內(nèi)被中和掉。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還稱這種新材料在首次使用之后性能沒有損失，他們認(rèn)為可能在重復(fù)使用超過5次以上之后，它的催化效果才有所削減。

這個(gè)研究的聯(lián)合作者、俄羅斯人民友誼大學(xué)化學(xué)系的Alexander Kirillov博士表示：“我們的研究工作改善了原有材料的功能屬性，將促進(jìn)新材料在綠色化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。我們將繼續(xù)我們的研究，希望在未來獲得可以去除其他污染物的納米材料。”

MOF材料在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

吸附法是當(dāng)前處理廢水和氣體的常用方法之一，但目前吸附劑普遍存在吸附容量低、選擇性差、再生困難等問題，因此才有了尋找高效、低能耗的吸附劑需要。這也正是上述研究吸引了學(xué)界和媒體注意的原因。

上述的金屬有機(jī)骨架材料（MOF）因?yàn)橛山饘匐x子和有機(jī)配體雜化而成，如今能在納米尺度上形成規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)，這大大增加了其比表面積和孔隙率，同時(shí)又有較小的固體密度，因此在氣體儲(chǔ)存、吸附分離、光電催化、離子交換、傳感識(shí)別、電池儲(chǔ)存等領(lǐng)域展現(xiàn)潛在應(yīng)用前景（如上圖所示）。關(guān)于MOF在廢水處理的應(yīng)用，大家可以查閱童敏曼等人在《化學(xué)進(jìn)展》2012年第24卷第9期的綜述文章。

但也有文獻(xiàn)表示，MOF材料的制備依然有不少問題尚待解決，例如反應(yīng)進(jìn)程的控制和規(guī)模化等。關(guān)于MOF在環(huán)境工程領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，大家也可以參考周偉男等人在《環(huán)境污染與防治》2016年第38卷第12期的綜述文章。

若想進(jìn)一步了解納米MOF的讀者，可以查閱Min Hui Yap等人在《Green Energy & Environment》2017年發(fā)表的綜述文章。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛