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 據(jù)報道，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。

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)國家重點(diǎn)實驗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，因此這些染料對我們?nèi)梭w和環(huán)境都是個危險的隱患。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染料進(jìn)行分解，但這技術(shù)成本不菲。中國蘭州大學(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(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的一大特征就是同時具有多空和結(jié)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(jìn)行了詳細(xì)的描述，并且用這種材料作為催化劑，對含有有機(jī)染料的污水進(jìn)行測試。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）因為由金屬離子和有機(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(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。