污水處理技術的進步不僅是生物工藝、機械設備的優化，其實材料化學領域的突破對污水處理效率的提高也大有幫助。最近，蘭州大學和俄羅斯人民友誼大學的材料化學家聲稱研發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

蘭州大學功能有機分子化學國家重點實驗室和俄羅斯人民友誼大學（RUDN）的化學家研發了一種納米混合催化劑，可以快速去除污水中的頑固有機染料。這種催化劑不需要任何額外的強侵蝕性溶劑。他們的研究成果發表在《無機化學》（Inorganic Chemistry）期刊。

工業塑料、纖維和其他材料的染色需要用到有毒的有機染料。這些染料一般會進入污水處理廠，但也有不少可能被偷排到工廠附近的河道，因此這些染料對我們人體和環境都是個危險的隱患。處理含有染料的廢水一般需要化學方法，例如用混凝劑加快染料分子的沉淀，但產生的污泥需要盡心后續處理處置。另外也有使用臭氧來對染料進行分解，但這技術成本不菲。中國蘭州大學的劉偉生教授和唐瑜教授，聯合俄羅斯人民友誼大學和巴基斯坦、葡萄牙等幾所大學的化學家，研制了一種成本更低、而且更環保的染料廢水處理技術。

他們采用的材料是一個混合納米材料，名叫納米金屬有機骨架（NMOF）。顧名思義，就是將納米技術引入到金屬-有機骨架（Metal-Orgainc Frameworks, MOFs）材料中來。NMOF如今已經是材料科學界的一個熱門研究領域，這種材料除了具備傳統MOF晶體材料可設計性的優點之外，還兼備納米材料獨特的物理、化學特性，具有優異的吸附，傳質和催化性能，因此被認為在生物醫藥、物質分離、化學傳感器、磁共振成像等方面都具備潛在的應用價值。

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

研究員在報告里對于整個合成工藝進行了詳細的描述，并且用這種材料作為催化劑，對含有有機染料的污水進行測試。這些有機染料包括亞甲藍（methylene blue），剛果紅（congo red），甲基橙（methyl orange）等有機染料。結果顯示，這種和混合納米網格能夠快速去除水溶液中的染料：甲基橙在1分鐘左右的時間內失活，一種叫羅丹明6G（rhodamine 6G）的穩定熒光染料也在幾分鐘內被中和掉。聯合團隊還稱這種新材料在首次使用之后性能沒有損失，他們認為可能在重復使用超過5次以上之后，它的催化效果才有所削減。

這個研究的聯合作者、俄羅斯人民友誼大學化學系的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，將促進新材料在綠色化學領域的應用。我們將繼續我們的研究，希望在未來獲得可以去除其他污染物的納米材料。”

MOF材料在環保領域的應用

吸附法是當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界和媒體注意的原因。

上述的金屬有機骨架材料（MOF）因為由金屬離子和有機配體雜化而成，如今能在納米尺度上形成規則的孔道結構，這大大增加了其比表面積和孔隙率，同時又有較小的固體密度，因此在氣體儲存、吸附分離、光電催化、離子交換、傳感識別、電池儲存等領域展現潛在應用前景（如上圖所示）。關于MOF在廢水處理的應用，大家可以查閱童敏曼等人在《化學進展》2012年第24卷第9期的綜述文章。

但也有文獻表示，MOF材料的制備依然有不少問題尚待解決，例如反應進程的控制和規?；?。關于MOF在環境工程領域的應用進展，大家也可以參考周偉男等人在《環境污染與防治》2016年第38卷第12期的綜述文章。

若想進一步了解納米MOF的讀者，可以查閱Min Hui Yap等人在《Green Energy & Environment》2017年發表的綜述文章。

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責任編輯：殷鵬飛