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编译服务: 水体污染治理 编译者: 王阳 编译时间: Apr 10, 2019 浏 览 量: 6

污水处理技术的进步不仅是生物工艺、机械设备的优化,其实材料化学领域的突破对污水处理效率的提高也大有帮助。最近,兰州大学和俄罗斯人民友谊大学的材料化学家声称研发了一种可以快速去除废水中的纳米新材料。小编在本期将带大家看看他们的研究成果。

快速处理染料废水的新材料

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。他们的研究成果发表在《无机化学》(Inorganic Chemistry)期刊。

工业塑料、纤维和其他材料的染色需要用到有毒的有机染料。这些染料一般会进入污水处理厂,但也有不少可能被偷排到工厂附近的河道,因此这些染料对我们人体和环境都是个危险的隐患。处理含有染料的废水一般需要化学方法,例如用混凝剂加快染料分子的沉淀,但产生的污泥需要尽心后续处理处置。另外也有使用臭氧来对染料进行分解,但这技术成本不菲。中国兰州大学的刘伟生教授和唐瑜教授,联合俄罗斯人民友谊大学和巴基斯坦、葡萄牙等几所大学的化学家,研制了一种成本更低、而且更环保的染料废水处理技术。

他们采用的材料是一个混合纳米材料,名叫纳米金属有机骨架(NMOF)。顾名思义,就是将纳米技术引入到金属-有机骨架(Metal-Orgainc Frameworks, MOFs)材料中来。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。

这种网格材料包含金属铜原子和有机分子。这种新纳米材料的第二个组成部分是由含有铈的镁铝层状双氢氧化物制成的基底。这两部分会自行组织形成平面状的纳米结构。这种结构的一大特征就是同时具有多空和结晶体的特性,而且也很牢固。

研究员在报告里对于整个合成工艺进行了详细的描述,并且用这种材料作为催化剂,对含有有机染料的污水进行测试。这些有机染料包括亚甲蓝(methylene blue),刚果红(congo red),甲基橙(methyl orange)等有机染料。结果显示,这种和混合纳米网格能够快速去除水溶液中的染料: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掉。联合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次以上之后,它的催化效果才有所削减。

这个研究的联合作者、俄罗斯人民友谊大学化学系的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。我们将继续我们的研究,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,因此才有了寻找高效、低能耗的吸附剂需要。这也正是上述研究吸引了学界和媒体注意的原因。

上述的金属有机骨架材料(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潜在应用前景(如上图所示)。关于MOF在废水处理的应用,大家可以查阅童敏曼等人在《化学进展》2012年第24卷第9期的综述文章,链接如下:

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HXJZ201209005.htm

但也有文献表示,MOF材料的制备依然有不少问题尚待解决,例如反应进程的控制和规模化等。关于MOF在环境工程领域的应用进展,大家也可以参考周伟男等人在《环境污染与防治》2016年第38卷第12期的综述文章,链接如下:

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJWR201612020.htm

若想进一步了解纳米MOF的读者,可以查阅Min Hui Yap等人在《Green Energy & Environment》2017年发表的综述文章:

www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468025717300638

参考资料

1.https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/ipdf/10.1021/acs.inorgchem.8b01826

2.https://www.wwdmag.com/ozone/chemists-develop-material-wastewater-purification?utm_content=85048995&utm_medium=social&utm_source=twitter&hss_channel=tw-970748629140025346

3.https://phys.org/news/2019-02-chemists-eco-friendly-material-purification.html

4.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468025717300638

  
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