近日，美国德雷塞尔大学工程学院的教授米歇尔·巴苏姆博士及其团队找到了一种新的处理染料废水的解决方案：使用微小的纳米丝可以有效去除纺织品、化妆品、油墨、纸张等厂家所排放的染料废水。

该材料是一种新型的氧化钛光催化剂材料，在可见光谱下具有分解罗丹明 6G 和结晶紫这两种常见染料污染物的能力。将催化剂与染料以 1 ∶ 1 的比例混合，在短短 30 分钟内，将两种染料的浓度分别降低了 90% 和 64%。 “这是一个令人兴奋的发现，因为它有助于废水处理过程的真正挑战，” 巴苏姆说，“我们预计，将我们的氧化钛光催化剂集成到当前的工艺中可以提高其去除这些化学物质的有效性，并减少反应过程所需的能量。” 该过程从吸附开始，即染料粘附在纳米丝表面，一旦被照亮就会发生光催化反应，染料使纳米丝对可见光敏感。 这个过程加速了降解，使染料分解成无害的副产品，如二氧化碳和水。

研究论文发表在 10 月 10 日出版的美国爱思唯尔旗下材料学旗舰刊物《物质》上。研究发现，染料降解和自敏化过程的关键是材料具有产生电子空穴和被称为 ROS 能力，即羟基、超氧化物和单线态氧、自由基以及电子空穴。这两种染料靶标是废水中通常出现的染料驱动流出物。流出物与固体废物无法通过过滤去除，它会悬浮在水中，难以被分离和清除。

废水是世界范围内的主要环境问题，其存在对人类、水生植物和动物的健康具有长期影响。全球家庭和工业每年产生近 4200 亿立方米废水。由于处理方面的挑战，包括高能耗、残留化学品的存在、处理中心的人员配备以及包括染料在内的复杂和持久性污染物的处理不足，其中只有24% 得到了充分处理。

目前最常见的废水处理方法有沉淀、生物氧化和化学物理处理等。由于染料的复杂分子结构和水溶性，这些方法在去除染料方面效果不佳。因此，人们用粘土材料、活性炭、氧化铁和天然材料（如咖啡渣）进行吸附，可以将染料与水分离，但染料成分仍然存在，只是被固定在吸附材料上。

长期以来，光催化剂被认为是从水中去除染料的关键，但迄今为止尚未产生可持续的解决方案。根据巴苏姆的说法，许多光催化剂通常需要紫外光处理，这需要消耗大量能量。而新型纳米丝具有自敏化行为，对可见光更加敏感，可以大福减低对于能源的需求。

“使用可见光，如太阳或其他模拟光源，可以显著降低与处理成本和能源消耗，同时仍然可以非常有效地从废水中去除染料，消除有毒废水。” 巴苏姆研究小组的博士生亚当·沃尔特说，这也为扩展到太阳能电池或光学设备等其他领域提供了一个令人兴奋的机会。

研究小组使用 X 射线衍射来表征描述纳米材料中原子的排列。他们用扫描和透射电子显微镜进一步表征描述纳米材料。该显微镜在材料上发送电子束以形成图像。该研究最重要的发现之一是强有力地表明纳米丝被染料敏化，代表了添加剂和废水的共生关系，从而产生了更清洁、毒性更小的水。

此外，这项研究证明了纳米丝可以用来提高水处理能力，它也是材料可以敏化的第一个证据，为太阳能电池和光学器件中的其他应用打开了大门。今年早些时候，该团队研究了相同的纳米丝，发现可以利用阳光进行氢分离，这可以释放其在绿色燃料生产中的潜力。

相关链接