去污只需1分钟! 中俄化学家发明纳米新材料快速处理染料废水

推动污水处理技术进步的因素不仅包括生物工艺、机械设备的优化，还在很大程度上取决于材料化学领域的突破。最近，兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室和俄罗斯人民友谊大学（RUDN）的化学家研发了一种纳米混合催化剂，可以快速去除污水中的顽固有机染料，这种催化剂不需要任何额外的强侵蚀性溶剂。研究成果发表在“Inorganic Chemistry”上。

快速处理染料废水的新材料

工业塑料、纤维和其他材料的染色可能需要使用有毒的有机染料。处理含有染料的废水一般使用化学方法，例如用混凝剂加快染料分子的沉淀，但产生的污泥仍需要后续处理；另外也可使用臭氧对染料进行分解，但该技术成本不菲。我国兰州大学刘伟生教授和唐瑜教授联合RUDN的化学家，研制了一种成本更低、更环保的染料废水处理技术。

他们采用了一种称为纳米金属有机骨架（NMOF），即将纳米技术引入到金属有机骨架（Metal-Orgainc Frameworks，MOFs）材料中制成的混合纳米材料。NMOF如今已经是材料科学界的一个热门研究领域，这种材料除了具备传统MOF晶体材料可设计性的优点之外，还兼备纳米材料独特的物理、化学特性，具有优异的吸附、传质和催化性能，因此被认为在生物医药、物质分离、化学传感器、磁共振成像等方面都具备潜在的应用价值。

新型NMOF概念图

研究员用这种纳米材料作催化剂，对含有亚甲蓝（methylene blue）、刚果红（congo red）、甲基橙（methyl orange）等有机染料的污水进行实验，结果显示，这种和混合纳米材料能够快速去除水中的染料：甲基橙在1分钟左右的时间内失活，一种叫罗丹明6G（rhodamine 6G）的稳定荧光染料也在几分钟内被中和。研究团队还称，这种新材料在首次使用之后性能没有损失，他们认为可能在重复使用超过5次以上时它的催化效果才会有所削减。

新型NMOF将染料中的4-硝基苯酚还原为4-氨基苯酚过程中（不同时长）紫外-可见吸收光谱

新型NMOF催化还原有机染料的机理示意图

RUDN化学系的Alexander Kirillov博士表示：“我们的研究工作改善了原有材料的功能属性，将促进新材料在绿色化学领域的应用。我们将继续研究，希望在未来获得可以去除其他污染物的纳米材料。”

MOF材料在环保领域的应用

吸附法是当前处理废水和气体的常用方法之一，但目前吸附剂普遍存在吸附容量低、选择性差、再生困难等问题，因此有必要寻找高效、低能耗的吸附剂。这也正是上述研究吸引学界和媒体关注的原因。

MOF衍生纳米材料的应用前景

上述的MOF因为由金属离子和有机配体杂化而成，如今能在纳米尺度上形成规则的孔道结构，这大大增加了其比表面积和孔隙率，同时又有较小的固体密度，因此在气体储存、吸附分离、光电催化、离子交换、传感识别、电池储存等领域展现了潜在应用前景。但也有文献表示，MOF材料的制备依然有不少问题待解决，例如反应进程的控制和规模化等。

已有研究的MOF衍生纳米材料